JP3854511B2 - Gel polymer electrolyte and electrochemical device using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gel-like polymer electrolyte simultaneously satisfying both of ion conductivity and mechanical strength and a secondary battery using it. <P>SOLUTION: In the gel-like polymer electrolyte comprising a matrix polymer (A) and a non-aqueous electrolytic solution (B), the gel-like polymer electrolyte in which (A) contains a polymer (A1) obtained by polymerizing an ethylenic unsaturated bond-containing polyol (a) represented by the following general formula (1): (HO)<SB>m</SB>R<SP>1</SP>(OX)<SB>r-m</SB>(1) [wherein R<SP>1</SP>is residual group of an r-valent polyol, X is an organic group having an ethylenic unsaturated bond, r is an integer of 3-10, m is an integer of 2-9 and r-m is an integer of 1-8], other polyol (b), an organic polyisocyanate (c) and if necessary, a monomer (d) having other ethylenic unsaturated bond is used. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なゲル状高分子電解質及びその用途に関する。更に詳しくは、イオン伝導性が高く、機械的強度に優れたゲル状高分子電解質及びそれを用いた電気化学素子または電気化学デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アルミ電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、電池などの電気化学的デバイスは、携帯電話やノートパソコン等広く民生用電子機器に用いられている。従来の電解質溶液を用いた電気化学素子では、漏液が発生しやすいため、長期信頼性に問題がある。近年、そのような問題点のない電解質としてゲル状高分子電解質が検討されている。
一般にゲル状高分子電解質は、リチウム塩などの電解質塩を溶媒に溶解した電解液を高分子中に保持する構造を有する。従って、その機械的強度を上げるためには高分子の割合を増やせば良いが、電解液の割合が減少する分イオン伝導性は悪化する。逆に電解液量を増やせばイオン伝導性は改善されるが機械的強度を悪化させることになる。ゲル状高分子電解質を用いた電池の場合、イオン伝導性は電池の性能に、機械的強度は電池の安全性に直接影響する重要な因子であり、これらを同時に実現するために種々の検討がなされている。
【0003】
近年、機械的強度を改良したゲル状高分子電解質としポリウレタン鎖の末端にある(メタ)アクリロイル基を付加重合させたウレタン(メタ)アクリレート系高分子を用いたゲル状高分子電解質(例えば特開平8−295715、または特開2001−35251)が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ゲル状高分子電解質は、架橋密度が十分でなく、機械的強度の点で満足のいくものではない。
本発明が解決しようとする課題は、イオン伝導性及び機械的強度の両方を同時に満足させるゲル状高分子電解質、及びそれを用いた電気化学素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、マトリックスポリマー(A)と非水電解液(B)からなるゲル状高分子電解質において、(A)が、下記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和結合含有ポリオール(a)、他のポリオール(b)、有機ポリイソシアネート(c)、及び必要により他のエチレン性不飽和結合を有するモノマー(d)を重合してなる重合体(A1)を含有することを特徴とするゲル状高分子電解質、
(HO)m1(OX)r-m (1)
[式中、R1はr価のポリオールの残基、Xはエチレン性不飽和結合を有する有機基、rは3〜10の整数、mは2〜9の整数、r−mは1〜8の整数である。]
及びそれを用いた電気化学素子、電気化学デバイス、二次電池である。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるエチレン性不飽和結合含有ポリオール化合物(a)は下記一般式(1)で表される化合物である。
(HO)m1(OX)r-m (1)
式中、R1はr価のポリオールの残基、Xはエチレン性不飽和結合を有する有機基、rは3〜10の整数、mは2〜9の整数、r−mは1〜8の整数である。
一般式(1)において、R1は水酸基当量が30から200であるr価のポリオール及び/又はフェノールとホルムアルデヒドの縮合物のアルキレンオキサイド付加物(以下ノボラックAOAと略記)からすべてのOH基を除いた残基である。
高分子電解質の機械的強度の観点から、R1の水酸基当量は30から200であることが好ましい。
一般式(1)からXの代わりにHを置換したもの、R1(HO)rとしては、r価のポリオール、ノボラックAO付加物などが挙げられる。ポリオールとしては3〜10価の多価アルコール、該多価アルコールのアルキレンオキサイド(以下AOと略記する。)付加物、多価フェノール類(3価)のAO付加物があげられる。
【0007】
3〜10価の多価アルコールの具体例としては、炭素数3〜20の3価アルコール(脂肪族トリオール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオールなどのアルカントリオール;および脂環式トリオール、例えばシクロヘキサントリオール)、炭素数5〜20の4〜8価の多価アルコール(脂肪族ポリオール、例えば、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン、ジペンタエリスリトールなどのアルカンポリオール及びその分子内もしくは分子間脱水物;ならびにショ糖、グルコース、マンノース、ラクトース、メチルグルコシドなどの糖類及びその誘導体)が挙げられる。
多価フェノール類(3価)のAO付加物の例としては、3価の単環フェノール(ピロガロール、フロログルシンなど)のAO付加物が挙げられる。
ノボラックのAOAとしては、3〜10価のノボラックのエチレンオキサイド付加物が挙げられる。
【0008】
上記AOとしては、エチレンオキサイド(以下EOと略記)、プロピレンオキサイド(以下POと略記)、1,2−、1,4−および2,3−ブチレンオキサイド(以下BOと略記)、α−オレフィンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロルヒドリンなど、ならびにこれらの2種以上の併用が挙げられる。これらの中で、EO及び/又は、EOと他のAO[炭素数3又は4のアルキレンオキサイド、例えばPO、1,2−BO、1,4−BOなどの1種又は2種以上。以下他のAOと略記する。]の共付加物(ランダム又はブロック)が好ましい。
【0009】
一般式(1)において、Xはエチレン性不飽和結合を有する基である。不飽和結合の数としては1〜4個が好ましく、2個がさらに好ましい。Xとしては、下記一般式(3)及び(4)で表される基が挙げられる。
−Q1 (3)
−COQ2 (4)
[式中、Q1 は炭素数2〜24のアルケニル基、アルカジエニル基、アルカトリエニル基もしくはアルカテトラエニル基であり、Q2 はQ1 または炭素数4〜24の不飽和ポリカルボン酸もしくはその部分エステル形成誘導体から1個のCOOH基を除いた残基である。]
【0010】
Xの具体例としては、一般式(3)でX=Q1 となり、炭素数2〜24の直鎖、分岐もしくは環状のアルケニル基、例えばビニル基、アリル基、イソプロペニル基、オレイル基、シクロヘキセニル基:炭素数2〜24の直鎖、分岐もしくは環状のアルカジエニル基、例えばリノール基;炭素数2〜24の直鎖、分岐もしくは環状のアルカトリエニル基、例えばリノレン基;などが挙げられる。
【0011】
一般式(4)でQ2=Q1の場合、X=COQ1 となり、炭素数3〜25の不飽和アシル基、例えばアクリロイル基、メタアクリロイル基、オレオイル基などが挙げられる。
2が炭素数4〜24の不飽和ポリカルボン酸もしくはその部分エステル形成誘導体から1個のCOOH基を除いた残基の場合、不飽和ポリカルボン酸としては、(無水)マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。部分エステル形成誘導体とは少なくとも1個のカルボキシル基を有する上記不飽和ポリカルボン酸のエステル、酸無水物および酸ハライドであり、例えばマレイン酸モノアルキル(炭素数1〜12)エステル、フマル酸モノアルキル(炭素数1〜12)エステル、イタコン酸モノアルキル(炭素数1〜12)エステル、シトラコン酸モノアルキル(炭素数1〜12)エステルが挙げられる。
Xのうち、好ましいものはアクリロイル基及びメタアクリロイル基である。
【0012】
一般式(1)中の水酸基の数mは、通常2〜9、好ましくは2〜4の整数である。また、(A)にエチレン性不飽和結合を導入するために、r−mは1〜8である必要があり、好ましくは1〜4、さらに好ましくは1または2、とくに好ましくは2である。
mが0又は1では高分子電解質に充分な強度を与えることができず、9を超える場合は高分子電解質が脆くなり、割れや欠けの原因となりやすく好ましくない。また、r−mが0の場合は高分子電解質の架橋が充分に行われず強度が不足しやすく、4を超える場合は高分子電解質が脆くなり、割れや欠けの原因となりやすく好ましくない。
【0013】
(a)の具体例としては以下のものが挙げられる。
(i)上記の炭素数3〜20の3価アルコールと炭素数2〜24の不飽和アルコール(ビニルアルコール、アリルアルコール、イソプロペニルアルコール、オレイルアルコールなど)もしくはそのAO(上記したもの)付加物との部分エーテル(例えば、炭素数1〜4のアルキレンジハライド例えば、メチレンブロマイド、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、ジブロモブタン、エチレンジアイオダイド等でジャンプして得られる)。
【0014】
(ii)上記の炭素数3〜20の3価アルコールと炭素数3〜25の不飽和カルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸など)、または炭素数4〜24の不飽和ポリカルボン酸もしくはその部分エステル形成誘導体(マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノアルキルエステルなど)との部分エステル化反応による部分アシル化物。
【0015】
(iii)上記の炭素数5〜20の4〜8価の多価アルコールと上記の炭素数2〜24の不飽和アルコールもしくは上記のそのAO付加物との部分エーテル(例えば、上記の炭素数1〜4のアルキレンジハライドでジャンプして得られる)。
【0016】
(iv)上記の炭素数5〜20の4〜8価の多価アルコールと上記の炭素数3〜25の不飽和カルボン酸、または上記の炭素数4〜24の不飽和ポリカルボン酸もしくはその部分エステル形成誘導体との部分エステル化反応による部分アシル化物。
【0017】
(v)上記の3価の単環フェノールおよび上記のノボラックAOAと上記の炭素数2〜24の不飽和アルコールもしくはその上記AO付加物との部分エーテル(例えば、上記の炭素数1〜4のアルキレンジハライドでジャンプして得られる)。
【0018】
(vi)上記の3価の単環フェノールおよび上記のノボラックAOAと上記の炭素数3〜25の不飽和カルボン酸、または上記の炭素数4〜24の不飽和ポリカルボン酸もしくはその部分エステル形成誘導体との部分エステル化反応による部分アシル化物。
【0019】
(a)としての好ましいものは、一般式(1)において、Xが(メタ)アクリロイル基であるポリオール化合物である。
具体例としては、上記の炭素数3〜20の3価アルコールまたは炭素数5〜20の4〜10価の多価アルコールと(メタ)アクリル酸もしくはそのエステル形成誘導体との部分エステル化反応による部分(メタ)アクリロイル化物である。
【0020】
具体例としては、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールモノ(メタ)アクリレート、ソルビトールジ(メタ)アクリレート、ソルビトールトリ(メタ)アクリレート、ソルビトールテトラ(メタ)アクリレートが挙げられる。また、これらのものは単独あるいは2種以上の混合物としても使用できる。
(a)の数平均分子量は高分子電解質の機械的強度の観点から130〜2000が好ましく、140〜1500がさらに好ましい。
【0021】
(b)としては、水酸基当量が200〜5000のポリオール(価数2〜4及び5以上)であれば特に限定されることはなく、「ポリウレタン樹脂ハンドブック」(岩田敬治編、昭和62年9月25日、日刊工業新聞社発行)99頁〜117頁記載のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール等が挙げられる。それらのうち好ましいものは、ポリエーテルポリオールである。ポリエーテルポリオールとしては、下記(b−1)〜(b−3) の低分子活性水素含有化合物のEO付加物及び/又はEOと他のAOの共付加物(ランダム又はブロック)が挙げられる。
【0022】
低分子活性水素含有化合物としては、
(b−1)低分子ポリオール類:炭素数2〜20の2価アルコール(脂肪族ジオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−および1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどのアルキレングリコール;および脂環式ジオール、例えば、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレングリコール)、炭素数3〜20の3価アルコール〔前記一般式(1)の説明で例示したもの〕、炭素数5〜20の4〜8価の多価アルコール〔前記一般式(1)の説明で例示したもの〕など。
(b−2)多価フェノール類:ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール、ピロガロールおよびフロログルシン等などの単環フェノール類;ビスフェノールA、ビスフェノールB、ビスフェノールF、ビスフェノールSなどのビスフェノール類;およびフェノールとホルムアルデヒドの縮合物(ノボラック);たとえば米国特許第3265641号明細書に記載のポリフェノールなど。
(b−3) 低分子アミン類:アンモニア;脂肪族アミン類として、炭素数2〜20のアルカノールアミン類(例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびイソプロパノールアミン)、炭素数1〜20のアルキルアミン類(例えば、n−ブチルアミンおよびオクチルアミン)、炭素数2〜6のアルキレンジアミン(例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミンおよびヘキサメチレンジアミン)、炭素数4〜20のポリアルキレンポリアミン類(アルキレン基の炭素数が2〜6のジアルキレントリアミン〜ヘキサアルキレンヘプタミン、例えば、ジエチレントリアミンおよびトリエチレンテトラミン);炭素数6〜20の芳香族モノもしくはポリアミン類(例えば、アニリン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、メチレンジアニリンおよびジフェニルエーテルジアミン)、炭素数4〜20の脂環式アミン類(イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミンおよびジシクロヘキシルメタンジアミン)、炭素数4〜20の複素環式アミン類(例えば、ピペラジンおよびアミノエチルピペラジン)など。
【0023】
(b)としてさらに好ましいものは、上記低分子ポリオール類および上記多価フェノール類のEO付加物及び/またはEOと他のAOの共付加物である(ランダム又はブロック)。
特に好ましいものは、脂肪族ジオール〔前記(b−1)で例示したもの〕および脂肪族ポリオール〔前記一般式(1)の説明で例示したもの〕および脂肪族トリオール〔前記一般式(1)の説明で例示したもの〕のEO付加物及び/又はEOと他のAOの共付加物(ランダム又はブロック)であり、これらを用いた電解質は、柔軟性に優れイオン導電性が良好となる点で好ましい。
【0024】
(b)の水酸基当量は200〜5000が好ましく、さらに好ましくは250〜3000、特に好ましくは300〜2000である。かかる水酸基当量は高分子電解質の機械物性の観点から250以上が好ましく、高分子電解質の硬化性及び形状保持の観点から5000以下が好ましい。 また、上記AO付加物に用いるEOの量は、好ましくは、付加に用いるAO全質量中の、5質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上、特に好ましくは25質量%以上である。なお、2種以上の(b)を用いる場合は、加重平均したEO含量が上記範囲内となるのが好ましい。
【0025】
(c)としては、炭素数(イソシアネート基中の炭素を除く、以下同様)2〜18の脂肪族ポリイソシアネート、例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネートなど;炭素数8〜15の脂環式ポリイソシアネート、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアネートエチル)4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレートなど;炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネート、例えばキシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)など;及びこれらのポリイソシアネートの変成物(カーボジイミド基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基等を含有する変成物)等が挙げられる。
【0026】
耐薬品性、耐候性の観点から、これらのうち好ましいものは、脂肪族又は脂環式ポリイソシアネートであり、さらに好ましいものは脂肪族又は脂環式ジイソシアネートであり、とくに好ましいものはHDI、IPDI及び水添MDIである。
【0027】
(c)は、イソシアネート基量が、上記(a)及び(b)中の活性水素1.0当量に対して2.0当量以下、好ましくは1.0〜1.8当量、さらに好ましくは1.0〜1.5当量となるよう用いられる。(a)は、上記(b)に対して1.0モル%以上、好ましくは2.0モル%〜50モル%、更に好ましくは2.5モル%〜25モル%である。
【0028】
(d)は、エチレン性不飽和結合を有するモノマーであり、以下のものが挙げられる。また、これらのものは単独あるいは2種以上の混合物としても使用できる。
(d−1)ビニル系炭化水素(炭素数2〜20);脂肪族ビニル系炭化水素、例えばエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン、ブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、前記以外のα−オレフィン等;脂環式ビニル系炭化水素、例えばシクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ピネン、リモネン、インデン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン等;芳香族ビニル系炭化水素、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ビニルナフタレン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、ジビニルケトン、トリビニルベンゼン等
(d−2)ヒドロキシル基含有ビニル系モノマー(炭素数2〜20)、例えばヒドロキシスチレン、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、(メタ)アリルアルコール、クロチルアルコール、イソクロチルアルコール、1−ブテン−3−オール、2−ブテン−1−オール、2−ブテン−1,4−ジオール、プロパルギルアルコール、2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、庶糖アリルエーテル、等
(d−3)含窒素ビニル系モノマー(炭素数2〜20);アミノ基含有ビニル系モノマー、例えばジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチルメタクリレート、N−アミノエチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アリルアミン、モルホリノエチル(メタ)アクリレート、4ービニルピリジン、2ービニルピリジン、クロチルアミン、N,N−ジメチルアミノスチレン、メチルα−アセトアミノアクリレート、ビニルイミダゾール、N−ビニルピロール等;アミド基含有ビニル系モノマー、例えば(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレン−ビス(メタ)アクリルアミド、桂皮酸アミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジベンジルアクリルアミド、メタクリルホルムアミド、N−メチルN−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等。
(d−4)エポキシ基含有ビニル系モノマー(炭素数2〜20)、例えばグルシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、p−ビニルフェニルフェニルオキサイド等
(d−5)ハロゲン含有ビニル系モノマー(炭素数2〜20)、例えば塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、アリルクロライド、ジクロルスチレン、クロロプレン等
(d−6)ビニルエステル、ビニルエーテル、ビニルケトン類(いずれも炭素数2〜20)、例えばビニルホルメート、酢酸ビニル、ビニルブチレート、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルアシレート、ビニルメタクリレート、ビニルメトキシアセテート、ビニルベンゾエート、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2−エチルヘキシルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニル2−メトキシエチルエーテル、メトキシブタジエン、ビニル2−ブトキシエチルエーテル、3,4−ジヒドロ1,2−ピラン、2−ブトキシ−2’−ビニロキシジエチルエーテル、ビニル2−エチルメルカプトエチルエーテル、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルフェニルケトン、ジビニルサルファイド、p−ビニルジフェニルサルファイド、ビニルエチルサルファイド、ビニルエチルスルフォン、ジビニルスルフォン、ジビニルスルフォキサイド、ジメチルフマレート、ジメチルマレエート、ポリ(メタ)アリロキシアルカン類[ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシエタン、テトラアリロキシプロパン、テトラアリロキシブタン、テトラメタアリロキシエタン等]等。
(d−7)アルキル(メタ)アクリレート(炭素数1〜50のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート)、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート等。
(d−8)ポリアルキレングリコール鎖を有する(メタ)アクリル酸エステル、例えばポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリレート。ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールのジ(メタ)アクリレート。メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシルエチレングリコール(メタ)アクリレート。エトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシルプロピレングリコール(メタ)アクリレート。
(d−9)多価(2〜8価)アルコール類のポリ(メタ)アクリレート、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等。
(d−10)その他のビニル系モノマー(炭素数2〜30)、例えばアセトキシスチレン、メチル4−ビニルベンゾエート、フェノキシスチレン、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、エチルα−エトキシアクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、シアノアクリレート、m−イソプロペニル−α,α−ジメチルメチルベンジルイソシアネート等。
【0029】
(d)として好ましいものは、上記(d−7)、(d−8)及び(d−9)であり、特に下記一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステル(d1)である。
{CH2=C(R2)COO(R30)y−}z4 (2)
式中、R2は水素またはメチル基、R3は−(CH22−、−CH(CH3)CH2−、および−CH2CH(CH3)−の群から選ばれる少なくとも1種を表し、yは0または1〜40の整数、zは1〜8の整数を表す。R4は分子量90以上500未満のz価のモノオール又はポリオールから全てのOH基を除いた残基である。
【0030】
一般式(2)で表される化合物としては、以下のものが好ましい。
また、これらのものは単独あるいは2種以上の混合物としても使用できる。
【0031】
(d1−1)ポリアルキレングリコール鎖を有する(メタ)アクリル酸エステル、例えばポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールのジ(メタ)アクリレート。メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシルエチレングリコール(メタ)アクリレート。エトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシルプロピレングリコール(メタ)アクリレート。
【0032】
(d1−2)多価(2〜8価)アルコール類のポリ(メタ)アクリレート、例えば上記(d−9)で挙げたものが挙げられる。
【0033】
これらの中で特に好ましいものとしては、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート等のアルコキシルポリエチレングリコール(メタ)アクリレートおよびトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0034】
(A1)は、(a)、(b)、(c)及び必要により(d)を重合してなり、好ましくは(a)、(b)、(c)及び(d)を共重合してなり、さらに好ましくは(a)、(b)、(c)及び(d1)を共重合してなる。
【0035】
(A1)は、(a)、(b)及び(c)によるウレタン化反応と、(a)及び必要により(d)の持つエチレン性不飽和結合の反応によって得られる。
(A1)の製造方法については、(a)、(b)、(c)、必要により(d)を反応させる方法であれば特に限定されず、公知の方法が採用される。
【0036】
例えば、(1)(a)、(b)、(c)のウレタン化反応させた後(a)必要により(d)の持つ不飽和結合を反応させる方法。(2)(a)、(b)、(c)のウレタン化反応と(a)必要により(d)の持つ不飽和結合の反応を同時に進行させる方法。(3)(a)必要により(d)の持つ不飽和結合を反応した後(a)、(b)、(c)のウレタン化反応を行う方法があげられる。
【0037】
(1)および(3)のウレタン化反応を行う方法としては、例えば(1−i)(b)、(c)を反応させて、1分子当たり1個以上のイソシアネート基を含有するウレタンイソシアネート中間体を形成した後に該中間体と(a)を反応させる方法、(1−ii)(a)と(c)とを反応させて1分子当たり1個以上のイソシアネート基を含有するウレタンイソシアネート中間体を形成した後に該中間体と(b)を反応させる方法、(1−iii)(a)、(b)、(c)の3成分を一括に反応させる方法等があげられる。
【0038】
上記ウレタン化反応においては必要に応じて架橋剤及び/または伸張剤を用いることが出来る。架橋剤及び/または伸張剤としては、前述の「ポリウレタン樹脂ハンドブック」122頁〜123頁記載の多価アルコール類、多価アミン類のほか水も使用できる。このうちエチレングリコールなどの多価アルコール類が好ましい。
また上記ウレタン化反応において、反応温度は50〜150℃が好ましい。
なお、この反応系に反応時間を短縮したり、加熱温度を低下させる為に、触媒を用いることも出来る。触媒としては、例えば3級アミン(トリエチルアミン、トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン等)、有機錫化合物(ジブチルスズラウレート、ジブチルスズジアセテート等)が挙げられる。
【0039】
上記エチレン性不飽和結合の反応は、特に限定されず、公知の方法で行うことが出来る。例えば、開始剤を加えることなく直接電子線やγ線などの放射線を照射する方法、光増感剤等の紫外線重合開始剤を添加して紫外線を照射する方法、有機過酸化物等の熱重合開始剤を添加して加熱する方法、酸化還元系の開始剤を用いたレドックス系常温反応があげられる。特に紫外線照射による方法は低温反応が可能で、かつ反応時間が短い点で、また加熱による方法は特別な装置を必要とせず簡便である点で好ましく用いられる。
【0040】
また、上記(2)記載のウレタン化反応とエチレン性不飽和の反応を同時に進行させることは、熱重合開始剤を添加した上で加熱する、または加熱によるウレタン化反応を行いながら、上記放射線や紫外線を照射することによって達成される。
【0041】
上記紫外線重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。
(a)ベンゾインエーテル系重合開始剤
ベンゾインアルキルエーテル等
(b)ベンゾフェノン系重合開始剤:
ベンゾフェノン、ベンジル、メチルオルソベンゾイルベンゾエート等
(c)アセトフェノン系重合開始剤
ベンジルジメチルケタール、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、4'-イソプロピル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン等
(d)チオキサントン系重合開始剤
2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン等。
上記のうち好ましくはベンゾインエーテル系重合開始剤である。
また、増感剤の使用量は(A1)全体に対して、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜6%、さらに好ましくは0.1〜4%である。
【0042】
上記熱重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。
(i)パーオキサイド系重合開始剤
アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシビバレート、3,5,5−トリメチルヘキサノニルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニトリルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシラウレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジベンゾイルパーオキシヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジイソブチルジパーオキシフタレート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジt−ブチルパーオキシヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジt−ブチルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、パラメンタンヒドロパーオキサイド、ピナンヒドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジヒドロパーオキサイド、クメンパーオキサイド等
【0043】
(ii)アゾ系重合開始剤:
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビスシクロヘキサン1−カーボニトリル、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル等
【0044】
これらのうち好ましくはハイドロパーオキサイドまたはパーオキシエステルであり、さらに具体的にはジ(4−t−ブチル)シクロヘキシルパーオキシジカーボネートまたはクメンハイドロパーオキサイドが好ましい。
重合開始剤の使用量は(A1)全体に対して、0.1〜10重量%、好ましくは0.1〜6%、さらに好ましくは1〜4%である。
【0045】
本発明の高分子電解質において、(a)、(b)および(c)の各成分の割合は、高分子電解質の機械的強度が充分であるという点から(a)、(b)および(c)の合計重量に基づいて下記範囲であることが好ましい。
(a)0.2〜20重量%
(b)50〜95重量%
(c)5〜50重量%
【0046】
また、必要により用いられる(d)は、(A1)中の0〜90重量%であり、好ましくは、0〜75重量%である。かかる割合が90重量%以下では高分子電解質の機械的強度が充分であり好ましい。
【0047】
(A)は(A1)と他の重合体との混合物とすることが出来る。混合する高分子としては特に制限されないが、例えばポリアルキレンオキサイド(ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等)、ビニル樹脂(ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリ(メタ)アクリル酸エステル類、ポリスチレン等)、ケイ素含有樹脂(ポリシロキサン、ポリシラン)、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリホスファゼン類があげられる。
【0048】
(A)中の(A1)の含有量は、30重量%以上であり、好ましくは40重量%以上、更に好ましくは50重量%以上である。
【0049】
本発明に用いる(B)としては、電解質塩(B1)を非水溶媒(B2)に溶解したものが挙げられる。(B1)としては通常の非水電解液に用いるものであれば、特に制限はない。このようなものとしては、例えば、アルカリ金属塩、4級アンモニウム塩、アミジニウム塩、アルカリ土類金属塩等が挙げられる。これら電解質塩は使用に際して単独若しくは混合物として使用できる。
【0050】
アルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩があげらる。たとえば、(i)リチウム塩としては、4フッ化硼酸リチウム、6フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド、リチウムビステトラフルオロエチレンスルホニルイミド、リチウムトリストリフルオロメタンスルホニルメチド、酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸リチウム、安息香酸リチウム、p−トルエンスルホン酸リチウム、硝酸リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、4フェニル硼酸リチウム等のリチウム塩;(ii)ナトリウム塩としては、過塩素酸ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、4フッ化硼酸ナトリウム、6フッ化燐酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム、臭化ナトリウム等のナトリウム塩;(iii)カリウム塩としては、ヨウ化カリウム、4フッ化硼酸カリウム、6フッ化燐酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム等のカリウム塩があげられる。
【0051】
また、第4級アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウム/4フッ化硼酸塩、テトラエチルアンモニウム/4フッ化硼酸塩、テトラプロピルアンモニウム/4フッ化硼酸塩、テトラブチルアンモニウム/4フッ化硼酸塩、メチルトリエチルアンモニウム/4フッ化硼酸塩、テトラエチルアンモニウム/6フッ化燐酸塩、テトラエチルアンモニウム/過塩素酸塩等、もしくはピリジン環、ピロリジン環、モルフォリン環、ピペリジン環、ピペラジン環、ピリミジン環、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノネン−5(DBN)、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DBU)等の環状または双環状構造を有する第4級アンモニウム塩等があげられる。
【0052】
また、アミジニウム塩としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム/4フッ化硼酸塩、1、3−ジメチルイミダゾリウム/6フッ化燐酸塩、1,3−ジメチル−1,4,5,6−テトラヒドロピリミジニウム/過塩素酸塩等があげられる。
【0053】
また、アルカリ土類金属塩としては、マグネシウム塩、カルシウム塩があげられ、例えば、(i)Mg(ClO42、Mg(BF42のマグネシウム塩;(ii)Ca(ClO42、、Ca(BF42等のカルシウム塩があげられる。
【0054】
これらの中で、4フッ化硼酸リチウム、6フッ化燐酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドおよびリチウムトリストリフルオロメタンスルホニルメチドが、特に高いイオン伝導度を示し、かつ熱安定性にも優れた電解質であるため好ましい。
【0055】
非水溶媒(B2)としては、例えば、カーボネート溶媒(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート)、アミド溶媒(N−メチホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N−メチルピロジリノン)、ラクトン溶媒(γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、5−バレロラクトン、3−メチル−1,3オキサゾリジン−2−オン等)、アルコール溶媒(エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、1,2ブタンジオール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、ジグリセリン、ポリオキシアルキレングリコールシクロヘキサンジオール、キシレングリコール等)、エーテル溶媒(メチラール、1,2―ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、アルコキシポリアルキレンエーテル等)、ニトリル溶媒(ベンゾニトリル、アセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等)、燐酸類及び燐酸エステル溶媒(正燐酸、メタ燐酸、ピロ燐酸、ポリ燐酸、亜燐酸、トリメチルホスフェート等)、2−イミダゾリジノン類(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等)、ピロリドン類、スルホラン溶媒(スルホラン、テトラメチレンスルホラン)、フラン溶媒(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン)、ジオキソラン、ジオキサン、ジクロロエタンの単独あるいはこれら2種以上の混合溶媒が使用できる。これらのうち好ましいものはカーボネート溶媒、エーテル溶媒、フラン溶媒である。
【0056】
(B)における(B1)の濃度は、イオン伝導度の観点から、0.25〜3モル/リットルの範囲であることが好ましく、特に好ましくは、0.5〜2.5モル/リットルである。
【0057】
ゲル状高分子電解質を製造する方法としては、(i)(B)の非存在下で(a)、(b)、(c)及び必要により(d)を重合した後、(B)を含浸させる方法、(ii)(B)の存在下で(a)、(b)、(c)及び必要により(d)を重合させる方法が挙げられる。
【0058】
(i)では、公知の方法で合成した(a)、(b)、(c)及び必要により(d)を必要に応じて溶媒の存在下で重合し、必要に応じて使用した溶媒を真空乾燥して除去することによって(A1)が得られる。ついで、(A1)に(B)を含浸させる。
(A1)への(B)の含浸は、通常20〜80℃の温度の範囲で、(A1)を(B)に1〜24時間浸漬させることで行われるである。
【0059】
(i),(ii)ともに(A1)を重合する方法は上記に記載したとおりである。
使用する(A)および(B)の割合は(A)/(B)=1/99〜70/30重量%とすることが好ましい。機械的強度の点から(A)は1重量%以上が好ましく、イオン伝導度の点から70重量%以下が好ましい。
【0060】
本発明のゲル状高分子電解質は、高いイオン伝導度を示すため、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、電池等の電気化学素子、又は電気化学デバイス用の電解質として好適である。
【0061】
本発明のゲル状高分子電解質は、少なくとも2つ以上の水酸基と少なくとも1つ以上のエチレン性不飽和結合を同時に有するポリオール化合物(a)を用いることにより、(a)、(b)、(c)及び必要により(d)からなるポリウレタン化合物が分子鎖の枝部分に不飽和二重結合をもち、重合体(A1)の架橋密度を高くする事が出来る。このため、従来のものに比べて機械的強度が高く、特に二次電池に使用するに際してはその厚みを薄くして使用できる。
【0062】
本発明の二次電池は、正極、負極と共に、上記組成のゲル状高分子電解質を使用するものである。一般的に、電池は、正極活物質からなる正極、負極活物質からなる負極、隔膜及び電解質より構成される。本発明のゲル状高分子電解質を電池に適用する場合、本発明のゲル状高分子電解質そのものに隔膜としての機能を兼用させることも可能である。また、隔壁を用いる場合、この隔膜と本発明のゲル状高分子電解質との一体化は容易で、隔膜を有する電池容器内において直接ゲル状高分子電解質を形成することにより、あるいは隔膜中にゲル状高分子電解質形成用組成物を含浸させ、重合反応を行なうことにより達成することができる。隔壁としては、電解質溶液のイオン移動に対して低抵抗であり、かつ、溶液保持性に優れたものが用いられ、例えば、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル系共重合体ケン化物等の1種以上の材質から選ばれる不織布又は織布が挙げられる。本発明のゲル状高分子電解質そのものにセパレータとしての機能を持たせる場合はこれらは不要である。
【0063】
本発明の高分子電解質を用いる電池の正極は、その活物質として、(I)LiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo1-y2(式中、x、yは電池の充放電状態によって異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02である)、LiMnO2、LiMn24等のリチウムと1種または2種以上の遷移金属との複合酸化物;(II)MnO2、V25等の遷移金属酸化物;(III)MoS2、TiS2等の遷移金属硫化物、(IV)ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン、ポリカルバゾール等の導電性高分子;(V)ジスルフィド化合物のように可逆的に電解重合、解重合する化合物を使用することができる。これらの中で、リチウムと遷移金属との複合酸化物が、電池容量を向上させ、エネルギー密度に優れている点で好ましい。
【0064】
このような正極活物質を使用して正極を形成するに際しては、公知の導電剤や結着剤を添加、併用することができる。
【0065】
本発明の高分子電解質を用いる電池の負極は、その活物質として、軽金属または軽金属イオンを使用する。このような軽金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、アルミニウム等があげられ、同様に軽金属イオンとしてリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、セシウムイオン、アルミニウムイオン等があげられる。この中で特に電池出力やエネルギー密度の点からリチウムおよびリチウムイオンが好ましい。
【0066】
負極は前述の負極の活物質そのものあるいは活物質を吸蔵、放出できる材料から構成される。このような負極の構成材料としては、(I)軽金属そのもの;(II)軽金属イオンを有する化合物そのもの;(III)これらの軽金属を含有する合金そのものを用いてもよいし、あるいは(IV)このような軽金属またはそのイオンを吸蔵、放出できる材料を用いてもよい。
【0067】
このような負極の構成材料のうち、(IV)のたとえばリチウムまたはそのイオンを吸蔵、放出できる材料としては、たとえば、(1)グラファイト類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、炭素繊維、ガラス状炭素類、熱分解炭素類、活性炭等の炭素質材料;(2)リチウムイオンを吸蔵することにより導電性を示すポリアセチレン、ポリピロール等のポリマー等を使用することができる。また、(III)の軽金属合金としては、たとえばリチウム−アルミニウム合金等を使用することができる。
【0068】
負極の構成材料としては、これら(I)〜(IV)の中で、充放電特性および自己放電特性を向上させる点から、(IV)の(1)の炭素質材料を使用するのが好ましい。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の決着剤等を添加することができる。
【0069】
本発明のゲル状高分子電解質を用いる電池の形状、形態等は特に限定されるものでなく、コイン、シート、円筒等、本発明の範囲内で任意に選択することが出来る。
【0070】
本発明のリチウム2次電池は正極、負極と共に、上記組成のゲル状高分子電解質を使用するものである。本電池の正極には、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。負極の活物資としてはリチウムおよびリチウムイオンが用いられ、構成材料としてはリチウムまたはそのイオンを吸蔵、放出できる材料を用いられる。
【0071】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下において、部及び%はそれぞれ重量部及び重量%を示す。尚、非水溶媒及び電解質塩は充分に精製をおこない、水分20ppm以下としたもので更に脱酸素及び脱窒素を行った電池グレードのものを使用し、全ての実験操作はアルゴンガス雰囲気で行った。なお、ゲル状高分子電解質のイオン電導度の測定、高分子電解質強度の評価は以下の方法に従って行った。
【0072】
<イオン電導度の測定>25℃において、ゲル状高分子電解質をステンレス鋼製の円柱状電極で挟み込む事で電気化学セルを構成し、電極間に交流を印加して抵抗成分を測定する交流インピーダンス法を用いて行い、コール・コールプロットの実数インピーダンス切片から計算した。
【0073】
<圧縮破断強度の評価>クリープメーター(山電(株)RE−3305、プランジャー直径3mm、試料台移動速度0.05mm/分)を使用して高分子電解質の圧縮破断強度の測定を行うことにより評価した。
【0074】
実施例1
プロピレンカーボネートおよび1,2−ジメトキシエタンを体積比7:3で混合した非水溶媒にLiBF4を3mol/Lとなるよう溶解せしめた電解液800.00部に、ソルビトールジアクリレート;0.66部、ポリエチレングリコール(数平均分子量2000);90.71部、HDI;8.38部およびジブチルチンラウレート;0.10部とエトキシジエチレングリコールアクリレート;99.75部、光ラジカル開始剤としベンゾインイソプロピルエーテル;0.40部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−1)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−1)を入れ、80℃×3時間加熱し、ウレタン化反応させたあと、高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、3.5×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.5×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0075】
実施例2
実施例1で用いた電解液800.00部に、ソルビトールジアクリレート;0.17部と、実施例1で用いたポリエチレングリコール;45.65部、HDI;4.03部およびジブチルチンラウレート;0.05部とエトキシジエチレングリコールアクリレート;143.53部、トリメチロールプロパントリアクリレート;5.98部、熱重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド;0.60部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−2)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−2)を入れ、80℃×12時間加熱して重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、3.3×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.4×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0076】
実施例3
エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネートを体積比5:5で混合した非水溶媒にLiPF6を1mol/Lとなるよう溶解せしめた電解液;800.00部に、ソルビトールジアクリレート;2.45部とグリセリンのEO(50%)/PO(50%)付加物(三洋化成工業(株)製、ニューポールGEP−2800、数平均分子量2600);175.67部、HDI;21.28部およびジブチルチンラウレート;0.2部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−3)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−3)を入れ、80℃×1時間加熱し、ウレタン化反応させたあと、高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、4.1×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、2.8×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0077】
実施例4
実施例3で用いた電解液;800.00部に、ソルビトールジアクリレート;4.51部と実施例3で用いたニューポールGEP−2800;161.87部、HDI;25.15部およびジブチルチンラウレート;0.19部とジエチレングリコールモノアクリレート;8.07部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.20部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−4)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−4)を入れ、高圧ハロゲンランプで10分間光をあてて光重合させたあと、80℃×6時間加熱して、ゲル状高分子電解質をえた。このもののイオン伝導度は、5.4×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.7×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0078】
実施例5
メトキシトリエチレングリコールアクリレート;494.70部に、ソルビトールジアクリレート;20.60部とポリエチレングリコール(PEG−600数平均分子量600);340.98部、HDI;143.21部およびジブチルチンラウレート;0.50部を溶解し、反応容器に仕込み、乾燥空気を吹き込みながら撹拌下、80℃でウレタン化反応を行った。3時間後、IR測定の結果によりイソシアネートの消失を確認し反応を終了し、ポリウレタン化合物とメトキシトリエチレングリコールアクリレートとの混合物(D−1)を得た。得られた混合物(D−1)は高粘度液体であった。実施例3で用いた電解液;800.00部に、(D−1);197.61部とトリメチロールプロパントリアクリレート;2.00部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.40部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−5)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−5)を入れ、高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、5.5×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.6×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0079】
実施例6
ソルビトールジアクリレート;10.67部と実施例1で用いたポリエチレングリコール;883.22部、HDI;105.10部およびジブチルチンラウレート;1.0部を反応容器に仕込み、撹拌下、80℃でウレタン化反応を行った。3時間後、IR測定の結果によりイソシアネートの消失を確認し反応を終了し、ポリウレタン化合物(A1−6)を得た。実施例1で用いた電解液;800.00部に(A1−6);99.85部、メトキシトリエチレングリコールアクリレート;95.76部、トリメチロールプロパントリアクリレート;3.99部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.40部を溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−6)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−6)を入れ、高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、3.1×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.8×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0080】
実施例7
メチルエチルケトン;800.00部にペンタエリスリトールジアクリレート;0.51部と実施例3で用いたニューポールGEP−2800;43.37部、HDI;5.96部、ジブチルチンラウレート;0.05部、エトキシジエチレングリコールアクリレート;148.02部、トリメチロールプロパントリアクリレート;1.50部とベンゾインイソプロピルエーテル;0.60部を溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−7)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、組成物(C−7)を入れて高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた後、80℃×6時間加熱して、ウレタン化反応させた。得られたシート状の高分子を100℃の減圧乾燥機中で12時間乾燥させ、重合に用いたメチルエチルケトンを除去し、実施例1で用いた電解液に室温で24時間浸漬して電解液を含浸させた。余分な電解液を濾紙で吸着することで除去し、ゲル状高分子電解質を得た。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、2.7×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.8×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0081】
実施例8
メチルエチルケトン;800.00部にペンタエリスリトールジアクリレート;0.54部と実施例1で用いポリエチレングリコール;44.11部、HDI;5.19部、ジブチルチンラウレート;0.05部、エトキシジエチレングリコールアクリレート;143.53部、トリメチロールプロパントリアクリレート5.98部とベンゾインイソプロピルエーテル0.60部を溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−8)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、組成物(C−8)を入れて80℃×1時間加熱し、ウレタン化反応させたあと、高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた。得られたシート状の高分子を100℃の減圧乾燥機中で12時間乾燥させ、重合に用いたメチルエチルケトンを除去し、実施例3で用いた電解液に室温で24時間浸漬して電解液を含浸させた。余分な電解液を濾紙で吸着することで除去し、ゲル状高分子電解質を得た。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、5.2×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.8×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。。
【0082】
実施例9
メチルエチルケトン;800.00部にソルビトールジアクリレート;0.14部と実施例3で用いたニューポールGEP−2800;53.41部、HDI;6.02部、ジブチルチンラウレート0.06部、ジエチレングリコールアクリレート;0.25部、エトキシジエチレングリコールアクリレート;136.78部、トリメチロールプロパントリアクリレート;2.79部、ベンゾイルパーオキサイド0.56部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−9)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−9)を入れ、80℃×12時間加熱して重合させた。得られたシート状の高分子を100℃の減圧乾燥機中で12時間乾燥させ、重合に用いたメチルエチルケトンを除去し、実施例1で用いた電解液に室温で24時間浸漬して電解液を含浸させた。余分な電解液を濾紙で吸着することで除去し、ゲル状高分子電解質を得た。ゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、3.1×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.4×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0083】
実施例10
実施例3で用いた電解液800.00部に、ソルビトールジアクリレート;4.22部と実施例3で用いたニューポールGEP−2800;151.21部、水添MDI;36.65部およびジブチルチンラウレート;0.19部とジエチレングリコールモノアクリレート;7.54部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.20部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−10)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−10)を入れ、高圧ハロゲンランプで光をあてながら80℃に温調した。光照射を30分、加熱を3時間で終了して、ゲル状高分子電解質をえた。このもののイオン伝導度は、4.3×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.4×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0084】
実施例11
メチルエチルケトン;800.00部にペンタエリスリトールジアクリレート;0.48部と実施例3で用いたニューポールGEP−2800;40.66部、水添MDI;8.71部、ジブチルチンラウレート;0.05部、エトキシジエチレングリコールアクリレート;148.02部、トリメチロールプロパントリアクリレート;1.50部とベンゾインイソプロピルエーテル;0.60部を溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−11)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、組成物(C−11)を入れて高圧ハロゲンランプで30分間光をあてて光重合させた後、80℃×6時間加熱して、ウレタン化反応させた。得られたシート状の高分子を100℃の減圧乾燥機中で12時間乾燥させ、重合に用いたメチルエチルケトンを除去し、実施例1で用いた電解液に室温で24時間浸漬して電解液を含浸させた。余分な電解液を濾紙で吸着することで除去し、ゲル状高分子電解質を得た。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、2.7×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.7×107dyn/cm2であり、充分な固体強度を示した。
【0085】
比較例1
実施例1で用いた電解液;800.00部に、メトキシトリエチレングリコールアクリレート195.22部とトリメチロールプロパントリアクリレート3.98部、ベンゾインイソプロピルエーテル0.80部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−1’)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−1’)を入れ、高圧ハロゲンランプで10分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、1.1×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、3.0×106dyn/cm2であり、破れやすいものであった。
【0086】
比較例2
2−ヒドロキシエチルアクリレート;3.91部と実施例1で用いたポリエチレングリコール;33.75部、HDI;5.67部およびジブチルチンラウレート;0.04部を反応容器に仕込み、撹拌下、80℃でウレタン化反応させた。3時間後、IR測定の結果によりイソシアネートの消失を確認し反応を終了し、ポリウレタン化合物(A1−2’)を得た。得られたポリウレタン化合物(A1−2’)は高粘度液体であった。実施例3で用いた電解液;800.00部に、(A1−2’);43.38部とエトキシジエチレングリコールアクリレート;156.00部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.62部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−2’)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−2’)を入れ、高圧ハロゲンランプで10分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、3.5×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、9.8×106dyn/cm2であり、充分な固体強度は得られなかった。
【0087】
比較例3
ペンタエリスリトールトリアクリレート;8.81部と実施例1で用いたポリエチレングリコール;29.56部、HDI;4.97部およびジブチルチンラウレート;0.04部を反応容器に仕込み、撹拌下、80℃でウレタン化反応させた。3時間後、IR測定の結果によりイソシアネートの消失を確認し反応を終了し、ポリウレタン化合物(A1−3’)を得た。得られたポリウレタン化合物(A1−3’)は高粘度液体であった。実施例1で用いた電解液;800部に、(A1−3’);43.38部とエトキシジエチレングリコールアクリレート;156.00部、ベンゾインイソプロピルエーテル;0.62部を均一溶解し、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−3’)を得た。厚さ1mmシリコーン製ゴムシートをスペーサーとして挟んだ2枚のガラス板の間に、ゲル状高分子電解質形成用組成物(C−3’)を入れ、高圧ハロゲンランプで10分間光をあてて光重合させた。この得られたゲル状高分子電解質のイオン伝導度を測定したところ、1.5×10-3S/cmであり、又、圧縮破断強度を測定したところ、1.0×107dyn/cm2であり、充分な固体強度は得られなかった。
【0088】
【発明の効果】
本発明のゲル状高分子電解質は、従来のものに比べてイオン伝導度および機械的強度が高く、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、電池等の電気化学素子又は電気化学的デバイスに用いた場合に薄膜化、積層形成、パッケージの簡略化及び軽量化が可能である。
そのため二次電池の電解質に用いた場合には、二次電池の薄型化、特にリチウム二次電池のゲル状電解質に用いた場合は、小型であるにもかかわらず、高電圧、大電気容量、平坦な放電特性、良好な低温特性を有し、広い温度範囲で使用できる薄型のリチウム電池が可能になる。
上記効果を有することから、本発明のゲル状高分子電解質は、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、電池等の電気化学素子、又は電気化学デバイス用の電解質として好適であり、特に二次電池用材料として優れており、リチウム二次電池のゲル状高分子電解質として好適に用いられる。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel gel polymer electrolyte and its use. More specifically, the present invention relates to a gel polymer electrolyte having high ion conductivity and excellent mechanical strength, and an electrochemical element or electrochemical device using the gel polymer electrolyte.
[0002]
[Prior art]
Electrochemical devices such as aluminum electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, and batteries are widely used in consumer electronic devices such as mobile phones and laptop computers. A conventional electrochemical element using an electrolyte solution has a problem in long-term reliability because liquid leakage tends to occur. In recent years, gel polymer electrolytes have been studied as electrolytes free from such problems.
In general, a gel polymer electrolyte has a structure in which an electrolytic solution in which an electrolyte salt such as a lithium salt is dissolved in a solvent is held in the polymer. Accordingly, in order to increase the mechanical strength, the proportion of the polymer may be increased, but the ionic conductivity is deteriorated as the proportion of the electrolytic solution decreases. On the contrary, if the amount of the electrolyte is increased, the ion conductivity is improved, but the mechanical strength is deteriorated. In the case of a battery using a gel polymer electrolyte, ionic conductivity is an important factor that directly affects battery performance, and mechanical strength is an important factor that directly affects the safety of the battery. Has been made.
[0003]
In recent years, gel polymer electrolytes using urethane (meth) acrylate polymers obtained by addition polymerization of (meth) acryloyl groups at the ends of polyurethane chains as gel polymer electrolytes with improved mechanical strength (for example, 8-295715 or JP-A-2001-35251) has been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the gel polymer electrolyte does not have a sufficient crosslinking density and is not satisfactory in terms of mechanical strength.
The problem to be solved by the present invention is to provide a gel polymer electrolyte satisfying both ionic conductivity and mechanical strength at the same time, and an electrochemical device using the gel polymer electrolyte.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have reached the present invention.
That is, the present invention relates to a gel polymer electrolyte comprising a matrix polymer (A) and a non-aqueous electrolyte (B), wherein (A) is an ethylenically unsaturated bond-containing polyol represented by the following general formula (1) It contains a polymer (A1) obtained by polymerizing (a), another polyol (b), an organic polyisocyanate (c), and, if necessary, another monomer (d) having an ethylenically unsaturated bond. A gel-like polymer electrolyte,
(HO) m R 1 (OX) rm (1)
[Wherein R 1 Is an residue of an r-valent polyol, X is an organic group having an ethylenically unsaturated bond, r is an integer of 3 to 10, m is an integer of 2 to 9, and rm is an integer of 1 to 8. ]
And an electrochemical element, an electrochemical device, and a secondary battery using the same.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ethylenically unsaturated bond-containing polyol compound (a) used in the present invention is a compound represented by the following general formula (1).
(HO) m R 1 (OX) rm (1)
Where R 1 Is an residue of an r-valent polyol, X is an organic group having an ethylenically unsaturated bond, r is an integer of 3 to 10, m is an integer of 2 to 9, and rm is an integer of 1 to 8.
In the general formula (1), R 1 Is a residue obtained by removing all OH groups from an r-valent polyol having a hydroxyl group equivalent of 30 to 200 and / or an alkylene oxide adduct of a condensate of phenol and formaldehyde (hereinafter abbreviated as novolak AOA).
From the viewpoint of the mechanical strength of the polymer electrolyte, R 1 The hydroxyl equivalent is preferably 30 to 200.
A compound in which H is substituted for X instead of X from general formula (1), R 1 (HO) r Examples thereof include r-valent polyols and novolak AO adducts. Examples of the polyol include 3 to 10 valent polyhydric alcohols, alkylene oxide (hereinafter abbreviated as AO) adducts of the polyhydric alcohols, and AO adducts of polyhydric phenols (trivalent).
[0007]
Specific examples of the tri- to trivalent polyhydric alcohol include trihydric alcohols having 3 to 20 carbon atoms (aliphatic triols such as glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, hexanetriol and other alkanetriols; and alicyclic rings. Formula triols such as cyclohexanetriol, C 4-20 polyhydric alcohols (aliphatic polyols such as pentaerythritol, sorbitol, mannitol, sorbitan, diglycerin, dipentaerythritol and the like and their Intramolecular or intermolecular dehydrates; and sugars such as sucrose, glucose, mannose, lactose, methyl glucoside, and derivatives thereof).
Examples of AO adducts of polyhydric phenols (trivalent) include AO adducts of trivalent monocyclic phenols (such as pyrogallol and phloroglucin).
A novolac AOA includes a tri- to 10-valent novolac ethylene oxide adduct.
[0008]
Examples of the AO include ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO), propylene oxide (hereinafter abbreviated as PO), 1,2-, 1,4- and 2,3-butylene oxide (hereinafter abbreviated as BO), α-olefin oxide. Styrene oxide, epichlorohydrin and the like, and combinations of two or more thereof. Among these, EO and / or EO and other AO [C3 or C4 alkylene oxides such as PO, 1,2-BO, 1,4-BO, etc., or two or more thereof. Hereinafter, it is abbreviated as other AO. ] Are preferred (random or block).
[0009]
In the general formula (1), X is a group having an ethylenically unsaturated bond. The number of unsaturated bonds is preferably 1 to 4, and more preferably 2. Examples of X include groups represented by the following general formulas (3) and (4).
-Q 1 (3)
-COQ 2 (4)
[Where Q 1 Is an alkenyl group, alkadienyl group, alkatrienyl group or alkatetraenyl group having 2 to 24 carbon atoms, and Q 2 Is Q 1 Or it is the residue remove | excluding one COOH group from C4-C24 unsaturated polycarboxylic acid or its partial ester formation derivative. ]
[0010]
As a specific example of X, X = Q in the general formula (3) 1 A linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, such as a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, an oleyl group, or a cyclohexenyl group: a linear, branched or cyclic alkadienyl group having 2 to 24 carbon atoms A group such as a linole group; a linear, branched or cyclic alkatrienyl group having 2 to 24 carbon atoms, such as a linolenic group.
[0011]
Q in general formula (4) 2 = Q 1 In the case of X = COQ 1 And an unsaturated acyl group having 3 to 25 carbon atoms, such as an acryloyl group, a methacryloyl group, and an oleoyl group.
Q 2 Is a residue obtained by removing one COOH group from an unsaturated polycarboxylic acid having 4 to 24 carbon atoms or a partial ester-forming derivative thereof, examples of the unsaturated polycarboxylic acid include (anhydrous) maleic acid, fumaric acid, croton Examples include acids, itaconic acid, citraconic acid and the like. Partial ester-forming derivatives are esters, acid anhydrides and acid halides of the above unsaturated polycarboxylic acids having at least one carboxyl group, such as monoalkyl maleate (1 to 12 carbon atoms) ester, monoalkyl fumarate. (C1-C12) ester, Itaconic acid monoalkyl (C1-C12) ester, Citraconic acid monoalkyl (C1-C12) ester is mentioned.
Among X, preferred are an acryloyl group and a methacryloyl group.
[0012]
The number m of hydroxyl groups in the general formula (1) is usually an integer of 2 to 9, preferably 2 to 4. In order to introduce an ethylenically unsaturated bond into (A), rm needs to be 1 to 8, preferably 1 to 4, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 2.
When m is 0 or 1, sufficient strength cannot be imparted to the polymer electrolyte. When m exceeds 9, the polymer electrolyte becomes brittle and is liable to cause cracking or chipping. On the other hand, when rm is 0, the polymer electrolyte is not sufficiently cross-linked and the strength tends to be insufficient, and when it exceeds 4, the polymer electrolyte becomes brittle and is liable to cause cracking and chipping.
[0013]
Specific examples of (a) include the following.
(I) the above trivalent alcohol having 3 to 20 carbon atoms and the unsaturated alcohol having 2 to 24 carbon atoms (vinyl alcohol, allyl alcohol, isopropenyl alcohol, oleyl alcohol, etc.) or its AO (as described above) adduct (For example, jumping with methylene bromide, dibromoethane, dibromopropane, dibromobutane, ethylene diiodide, etc.).
[0014]
(Ii) the above trivalent alcohol having 3 to 20 carbon atoms and an unsaturated carboxylic acid having 3 to 25 carbon atoms (acrylic acid, methacrylic acid, oleic acid, etc.), or an unsaturated polycarboxylic acid having 4 to 24 carbon atoms, Partially acylated products by partial esterification reaction with partial ester-forming derivatives thereof (maleic acid monoalkyl ester, fumaric acid monoalkyl ester, itaconic acid monoalkyl ester, citraconic acid monoalkyl ester, etc.).
[0015]
(Iii) Partial ether (for example, the above carbon number 1) of the above 4 to 8 carbon number polyhydric alcohol having 5 to 20 carbon atoms and the above unsaturated alcohol having 2 to 24 carbon atoms or the above AO adduct thereof. Obtained by jumping with -4 alkylene dihalides).
[0016]
(Iv) 4-8 valent polyhydric alcohol having 5 to 20 carbon atoms and unsaturated carboxylic acid having 3 to 25 carbon atoms, or unsaturated polycarboxylic acid having 4 to 24 carbon atoms or a portion thereof Partially acylated product by partial esterification reaction with ester-forming derivative.
[0017]
(V) a partial ether of the trivalent monocyclic phenol and the novolak AOA and the unsaturated alcohol having 2 to 24 carbon atoms or the AO adduct thereof (for example, the alkyl having 1 to 4 carbon atoms described above). Obtained by jumping with Range Halide).
[0018]
(Vi) the trivalent monocyclic phenol and the novolak AOA and the unsaturated carboxylic acid having 3 to 25 carbon atoms, or the unsaturated polycarboxylic acid having 4 to 24 carbon atoms or a partial ester-forming derivative thereof. Partially acylated product by partial esterification reaction with
[0019]
Preferred as (a) is a polyol compound in which X is a (meth) acryloyl group in the general formula (1).
As a specific example, the part by partial esterification reaction of said C3-C20 trihydric alcohol or C5-C20 4-10 polyhydric alcohol, and (meth) acrylic acid or its ester formation derivative. It is a (meth) acryloylated product.
[0020]
Specific examples include glycerin mono (meth) acrylate, trimethylolpropane mono (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, dipentaerythritol mono (meth) acrylate, dipentaerythritol di (meth) acrylate, dipentaerythritol. Examples include tri (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, sorbitol mono (meth) acrylate, sorbitol di (meth) acrylate, sorbitol tri (meth) acrylate, and sorbitol tetra (meth) acrylate. Moreover, these things can be used individually or in mixture of 2 or more types.
The number average molecular weight of (a) is preferably 130 to 2000, more preferably 140 to 1500 from the viewpoint of the mechanical strength of the polymer electrolyte.
[0021]
(B) is not particularly limited as long as the hydroxyl equivalent is a polyol having a hydroxyl equivalent of 200 to 5000 (valence number 2 to 4 and 5 or more). “Polyurethane Resin Handbook” (Keiji Iwata, September 1987) Polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, acrylic polyols, polybutadiene polyols and the like described on pages 25 to 117, 25th, published by Nikkan Kogyo Shimbun). Among them, polyether polyol is preferable. Examples of polyether polyols include EO adducts of the following low molecular active hydrogen-containing compounds (b-1) to (b-3) and / or co-adducts (random or block) of EO and other AOs.
[0022]
As low molecular active hydrogen-containing compounds,
(B-1) Low molecular polyols: C2-C20 dihydric alcohols (aliphatic diols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol , Alkylene glycols such as neopentyl glycol; and alicyclic diols such as cycloalkylene glycols such as cyclohexanediol and cyclohexanedimethanol), trihydric alcohols having 3 to 20 carbon atoms [exemplified in the description of the general formula (1) And 4 to 8 valent polyhydric alcohols having 5 to 20 carbon atoms [as exemplified in the description of the general formula (1)].
(B-2) Polyhydric phenols: monocyclic phenols such as hydroquinone, resorcin, catechol, pyrogallol and phloroglucin; bisphenols such as bisphenol A, bisphenol B, bisphenol F and bisphenol S; and a condensate of phenol and formaldehyde (Novolac); for example, polyphenol described in US Pat. No. 3,265,641.
(B-3) Low molecular amines: ammonia; aliphatic amines having 2 to 20 carbon atoms such as alkanolamines (for example, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine and isopropanolamine), having 1 to 20 carbon atoms Alkylamines (for example, n-butylamine and octylamine), alkylenediamines having 2 to 6 carbon atoms (for example, ethylenediamine, propylenediamine and hexamethylenediamine), polyalkylenepolyamines having 4 to 20 carbon atoms (carbon of alkylene group) Dialkylenetriamine to hexaalkyleneheptamine having 2 to 6 carbon atoms, such as diethylenetriamine and triethylenetetramine; and aromatic mono- or polyamines having 6 to 20 carbon atoms (for example, aniline, phenylenediamine, Lylenediamine, xylylenediamine, diethyltoluenediamine, methylenedianiline and diphenyletherdiamine), alicyclic amines having 4 to 20 carbon atoms (isophoronediamine, cyclohexylenediamine and dicyclohexylmethanediamine), heterocyclic rings having 4 to 20 carbon atoms Formula amines such as piperazine and aminoethylpiperazine.
[0023]
More preferable as (b) is an EO adduct of the above low molecular polyols and the above polyhydric phenols and / or a coadduct of EO and other AO (random or block).
Particularly preferred are aliphatic diols [as exemplified in the above (b-1)] and aliphatic polyols [as exemplified in the description of the above general formula (1)] and aliphatic triols [in the above general formula (1). EO adducts and / or co-adducts of EO and other AO (random or block) as exemplified in the description, and electrolytes using these are excellent in flexibility and ion conductivity. preferable.
[0024]
The hydroxyl equivalent of (b) is preferably from 200 to 5,000, more preferably from 250 to 3,000, particularly preferably from 300 to 2,000. The hydroxyl equivalent is preferably 250 or more from the viewpoint of mechanical properties of the polymer electrolyte, and preferably 5000 or less from the viewpoint of curability and shape retention of the polymer electrolyte. The amount of EO used in the AO adduct is preferably 5% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and particularly preferably 25% by mass or more in the total mass of AO used for addition. In addition, when using 2 or more types of (b), it is preferable that the weighted average EO content falls in the above range.
[0025]
(C) is an aliphatic polyisocyanate having 2 to 18 carbon atoms (excluding carbon in the isocyanate group, the same shall apply hereinafter), such as ethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), dodecamethylene diisocyanate, 2, 2,4-trimethylhexane diisocyanate, lysine diisocyanate, 2,6-diisocyanatomethylcaproate, bis (2-isocyanatoethyl) fumarate, bis (2-isocyanatoethyl) carbonate, etc .; fat having 8 to 15 carbon atoms Cyclic polyisocyanates such as isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate (hydrogenated T) I), bis (2-isocyanatoethyl) 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylate, etc .; aromatic aliphatic polyisocyanates having 8 to 15 carbon atoms such as xylylene diisocyanate (XDI), tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI) And the like, and modified products of these polyisocyanates (modified products containing carbodiimide groups, uretdione groups, uretoimine groups, urea groups, burette groups, isocyanurate groups, etc.).
[0026]
Of these, from the viewpoint of chemical resistance and weather resistance, preferred are aliphatic or alicyclic polyisocyanates, more preferred are aliphatic or alicyclic diisocyanates, and particularly preferred are HDI, IPDI and Hydrogenated MDI.
[0027]
In (c), the isocyanate group amount is 2.0 equivalents or less, preferably 1.0 to 1.8 equivalents, more preferably 1 with respect to 1.0 equivalents of active hydrogen in the above (a) and (b). 0.0 to 1.5 equivalents are used. (A) is 1.0 mol% or more with respect to said (b), Preferably it is 2.0 mol%-50 mol%, More preferably, it is 2.5 mol%-25 mol%.
[0028]
(D) is a monomer having an ethylenically unsaturated bond, and includes the following. Moreover, these things can be used individually or in mixture of 2 or more types.
(D-1) Vinyl hydrocarbon (C2-20); aliphatic vinyl hydrocarbon such as ethylene, propylene, butene, isobutylene, pentene, heptene, diisobutylene, octene, dodecene, octadecene, butadiene, isoprene, 1,4-pentadiene, 1,6-hexadiene, 1,7-octadiene, other α-olefins, etc .; alicyclic vinyl hydrocarbons such as cyclohexene, (di) cyclopentadiene, pinene, limonene, indene, vinyl Cyclohexene, ethylidenebicycloheptene, etc .; aromatic vinyl hydrocarbons such as styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, 2,4-dimethylstyrene, ethylstyrene, isopropylstyrene, butylstyrene, phenylstyrene, cyclohexylstyrene, benzyls Tylene, crotylbenzene, vinylnaphthalene, divinylbenzene, divinyltoluene, divinylxylene, divinylketone, trivinylbenzene, etc.
(D-2) Hydroxyl group-containing vinyl monomers (having 2 to 20 carbon atoms) such as hydroxystyrene, N-methylol (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) ) Acrylate, (meth) allyl alcohol, crotyl alcohol, isocrotyl alcohol, 1-buten-3-ol, 2-buten-1-ol, 2-butene-1,4-diol, propargyl alcohol, 2-hydroxy Ethyl propenyl ether, sucrose allyl ether, etc.
(D-3) Nitrogen-containing vinyl monomers (2 to 20 carbon atoms); amino group-containing vinyl monomers such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, t-butylaminoethyl methacrylate, N- Aminoethyl (meth) acrylamide, (meth) allylamine, morpholinoethyl (meth) acrylate, 4-vinylpyridine, 2-vinylpyridine, crotylamine, N, N-dimethylaminostyrene, methyl α-acetaminoacrylate, vinylimidazole, N-vinylpyrrole, etc. Amide group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-butyl acrylamide, diacetone acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N, N ′ Methylene - bis (meth) acrylamide, cinnamic acid amide, N, N- dimethylacrylamide, N, N- dibenzyl acrylamide, methacrylamide formamide, N- methyl-N- vinylacetamide, N- vinyl pyrrolidone.
(D-4) Epoxy group-containing vinyl monomers (having 2 to 20 carbon atoms) such as glycidyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, p-vinylphenylphenyl oxide, etc.
(D-5) Halogen-containing vinyl monomers (having 2 to 20 carbon atoms) such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, allyl chloride, dichlorostyrene, chloroprene, etc.
(D-6) Vinyl esters, vinyl ethers, vinyl ketones (all having 2 to 20 carbon atoms) such as vinyl formate, vinyl acetate, vinyl butyrate, vinyl propionate, vinyl butyrate, diallyl phthalate, diallyl adipate, isopropenyl acetate , Vinyl acylate, vinyl methacrylate, vinyl methoxyacetate, vinyl benzoate, vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl propyl ether, vinyl butyl ether, vinyl 2-ethylhexyl ether, vinyl phenyl ether, vinyl 2-methoxyethyl ether, methoxy butadiene, Vinyl 2-butoxyethyl ether, 3,4-dihydro 1,2-pyran, 2-butoxy-2′-vinyloxy diethyl ether, vinyl 2-ethyl mercaptoethyl Ether, vinyl methyl ketone, vinyl ethyl ketone, vinyl phenyl ketone, divinyl sulfide, p-vinyl diphenyl sulfide, vinyl ethyl sulfide, vinyl ethyl sulfone, divinyl sulfone, divinyl sulfoxide, dimethyl fumarate, dimethyl maleate, poly ( (Meth) allyloxyalkanes [diallyloxyethane, triaryloxyethane, tetraallyloxyethane, tetraallyloxypropane, tetraallyloxybutane, tetrametaallyloxyethane and the like] and the like.
(D-7) alkyl (meth) acrylate (alkyl (meth) acrylate having an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms), for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl ( (Meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, hexadecyl (meth) acrylate, heptadecyl (meth) acrylate, eicosyl (meth) acrylate, and the like.
(D-8) Mono (meth) acrylates of polyalkylene glycols such as (meth) acrylic acid esters having a polyalkylene glycol chain, such as polyethylene glycol mono (meth) acrylate and polypropylene glycol mono (meth) acrylate. Di (meth) acrylates of polyalkylene glycols such as polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, EO-modified bisphenol A type di (meth) acrylate, and PO modified bisphenol A type di (meth) acrylate. Alkoxyl ethylene glycol (meth) acrylates such as methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, and methoxytetraethylene glycol (meth) acrylate. Alkoxypropylene glycol (meth) acrylates such as ethoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, butoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, methoxydipropylene glycol (meth) acrylate and the like.
(D-9) Poly (meth) acrylates of polyhydric (2 to 8 valent) alcohols such as ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, trimethylol Propane tri (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, tetramethylolmethane tetra (meth) acrylate, ethylene oxide modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate and the like.
(D-10) Other vinyl monomers (having 2 to 30 carbon atoms) such as acetoxystyrene, methyl 4-vinylbenzoate, phenoxystyrene, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, ethyl α-ethoxy acrylate, phenyl (meth) acrylate, isocyan Natoethyl (meth) acrylate, cyanoacrylate, m-isopropenyl-α, α-dimethylmethylbenzyl isocyanate and the like.
[0029]
Preferred as (d) are the above (d-7), (d-8) and (d-9), and particularly (meth) acrylic acid ester (d1) represented by the following general formula (2). is there.
{CH 2 = C (R 2 ) COO (R Three 0) y −} z R Four (2)
Where R 2 Is hydrogen or methyl group, R Three Is-(CH 2 ) 2 -, -CH (CH Three ) CH 2 -, And -CH 2 CH (CH Three )-Represents at least one selected from the group-, y represents an integer of 0 or 1 to 40, and z represents an integer of 1 to 8. R Four Is a residue obtained by removing all OH groups from a z-valent monool or polyol having a molecular weight of 90 or more and less than 500.
[0030]
As the compound represented by the general formula (2), the following are preferable.
Moreover, these things can be used individually or in mixture of 2 or more types.
[0031]
(D1-1) (meth) acrylic acid ester having a polyalkylene glycol chain, such as polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, EO-modified bisphenol A type di (meth) acrylate, propylene oxide-modified bisphenol Di (meth) acrylate of polyalkylene glycol such as A-type di (meth) acrylate. Alkoxyl ethylene glycol (meth) acrylates such as methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, and methoxytetraethylene glycol (meth) acrylate. Alkoxypropylene glycol (meth) acrylates such as ethoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, butoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, methoxydipropylene glycol (meth) acrylate and the like.
[0032]
(D1-2) Poly (meth) acrylates of polyvalent (2-8 valent) alcohols, for example, those mentioned in the above (d-9).
[0033]
Of these, particularly preferred are alkoxy polyethylene glycol (meth) acrylates such as methoxytriethylene glycol (meth) acrylate and ethoxydiethylene glycol acrylate, and trimethylolpropane tri (meth) acrylate.
[0034]
(A1) is obtained by polymerizing (a), (b), (c) and, if necessary, (d), preferably by copolymerizing (a), (b), (c) and (d). More preferably, (a), (b), (c) and (d1) are copolymerized.
[0035]
(A1) is obtained by the urethanization reaction according to (a), (b) and (c) and the reaction of the ethylenically unsaturated bond of (a) and (d) if necessary.
About the manufacturing method of (A1), if it is the method of making (a), (b), (c) and (d) react as needed, it will not specifically limit, A well-known method is employ | adopted.
[0036]
For example, (1) A method in which (a) the unsaturated bond of (d) is reacted if necessary after the urethanization reaction of (a), (b) and (c). (2) A method in which the urethanization reaction of (a), (b), (c) and (a) the unsaturated bond reaction of (d) if necessary proceed simultaneously. (3) (a) After the reaction of the unsaturated bond of (d) if necessary, a method of performing the urethanization reaction of (a), (b), (c) can be mentioned.
[0037]
As a method for performing the urethanization reaction of (1) and (3), for example, (1-i) (b), (c) is reacted, and urethane isocyanate intermediate containing one or more isocyanate groups per molecule A method of reacting the intermediate with (a) after forming the body, (1-ii) urethane isocyanate intermediate containing one or more isocyanate groups per molecule by reacting (a) and (c) (1-iii) a method in which the three components (a), (b), and (c) are reacted together, and the like.
[0038]
In the urethanization reaction, a crosslinking agent and / or an extender can be used as necessary. As the crosslinking agent and / or extender, water can be used in addition to the polyhydric alcohols and polyhydric amines described in pages 122 to 123 of the above-mentioned “Polyurethane resin handbook”. Of these, polyhydric alcohols such as ethylene glycol are preferred.
In the urethanization reaction, the reaction temperature is preferably 50 to 150 ° C.
In this reaction system, a catalyst can be used in order to shorten the reaction time or lower the heating temperature. Examples of the catalyst include tertiary amines (such as triethylamine, triethanolamine, and triethylenediamine) and organic tin compounds (such as dibutyltin laurate and dibutyltin diacetate).
[0039]
The reaction of the ethylenically unsaturated bond is not particularly limited and can be performed by a known method. For example, a method of directly irradiating radiation such as electron beam or γ-ray without adding an initiator, a method of irradiating ultraviolet rays by adding an ultraviolet polymerization initiator such as a photosensitizer, thermal polymerization of an organic peroxide or the like Examples thereof include a method of heating by adding an initiator, and a redox system room temperature reaction using a redox initiator. In particular, the method using ultraviolet irradiation is preferably used because it can be reacted at a low temperature and the reaction time is short, and the method using heating does not require a special apparatus and is simple.
[0040]
Further, the simultaneous advancement of the urethanization reaction and ethylenic unsaturation described in (2) above may be performed by adding the thermal polymerization initiator or heating, or while performing the urethanization reaction by heating, This is achieved by irradiating with ultraviolet rays.
[0041]
Examples of the ultraviolet polymerization initiator include the following.
(A) Benzoin ether polymerization initiator
Benzoin alkyl ether, etc.
(B) Benzophenone polymerization initiator:
Benzophenone, benzyl, methyl orthobenzoylbenzoate, etc.
(C) Acetophenone-based polymerization initiator
Benzyldimethyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 4'-isopropyl-2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 1,1-dichloroacetophenone, etc.
(D) Thioxanthone polymerization initiator
2-chlorothioxanthone, 2-methylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone and the like.
Of these, benzoin ether polymerization initiators are preferred.
Moreover, the usage-amount of a sensitizer is 0.01 to 10 weight% with respect to the whole (A1), Preferably it is 0.05 to 6%, More preferably, it is 0.1 to 4%.
[0042]
The following are mentioned as said thermal-polymerization initiator.
(I) Peroxide polymerization initiator
Acetylcyclohexylsulfonyl peroxide, isobutyryl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, t-butyl peroxybivalate, 3,5,5- Trimethylhexanonyl peroxide, octanoyl peroxide, decanoyl peroxide, lauroyl peroxide, stearoyl peroxide, propionitrile peroxide, succinic acid peroxide, acetyl peroxide, t-butylperoxy-2-ethylhexa Noate, benzoyl peroxide, parachlorobenzoyl peroxide, t-butylperoxyisobutyrate, t-butylperoxymaleic acid Tert-butyl peroxylaurate, cyclohexanone peroxide, t-butyl peroxyisopropyl carbonate, 2,5-dimethyl-2,5-dibenzoyl peroxyhexane, t-butyl peroxyacetate, t-butyl peroxy Oxybenzoate, diisobutyl diperoxyphthalate, methyl ethyl ketone peroxide, dicumyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di-t-butylperoxyhexane, t-butylcumyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, Di-t-butyl peroxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, paramentane hydroperoxide, pinane hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, cumene peroxide De, etc.
[0043]
(Ii) Azo polymerization initiator:
2,2′-azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobiscyclohexane 1-carbonitrile, 2,2′-azobis-4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile, 2,2′-azobis -2,4-dimethylvaleronitrile, etc.
[0044]
Of these, hydroperoxide or peroxyester is preferred, and more specifically, di (4-t-butyl) cyclohexyl peroxydicarbonate or cumene hydroperoxide is preferred.
The usage-amount of a polymerization initiator is 0.1-10 weight% with respect to the whole (A1), Preferably it is 0.1-6%, More preferably, it is 1-4%.
[0045]
In the polymer electrolyte of the present invention, the proportions of the components (a), (b) and (c) are (a), (b) and (c) in that the mechanical strength of the polymer electrolyte is sufficient. ) Is preferably in the following range based on the total weight.
(A) 0.2 to 20% by weight
(B) 50 to 95% by weight
(C) 5 to 50% by weight
[0046]
Moreover, (d) used as needed is 0 to 90 weight% in (A1), Preferably, it is 0 to 75 weight%. Such a ratio of 90% by weight or less is preferable because the mechanical strength of the polymer electrolyte is sufficient.
[0047]
(A) can be a mixture of (A1) and another polymer. The polymer to be mixed is not particularly limited. For example, polyalkylene oxide (polyethylene oxide, polypropylene oxide, etc.), vinyl resin (polyacrylonitrile, polybutadiene, poly (meth) acrylic acid esters, polystyrene, etc.), silicon-containing resin (polyethylene oxide, etc.) Siloxane, polysilane), fluororesin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), and polyphosphazenes.
[0048]
The content of (A1) in (A) is 30% by weight or more, preferably 40% by weight or more, and more preferably 50% by weight or more.
[0049]
As (B) used for this invention, what melt | dissolved electrolyte salt (B1) in the nonaqueous solvent (B2) is mentioned. (B1) is not particularly limited as long as it is used for a normal nonaqueous electrolytic solution. Examples of such materials include alkali metal salts, quaternary ammonium salts, amidinium salts, alkaline earth metal salts, and the like. These electrolyte salts can be used alone or as a mixture in use.
[0050]
Examples of the alkali metal salt include lithium salt, sodium salt, and potassium salt. For example, (i) lithium salt includes lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bistrifluoromethanesulfonylimide, lithium bistetrafluoroethylenesulfonylimide, lithium Lithium salts such as tristrifluoromethanesulfonylmethide, lithium acetate, lithium trifluoroacetate, lithium benzoate, lithium p-toluenesulfonate, lithium nitrate, lithium bromide, lithium iodide, lithium 4-phenylborate; (ii) sodium Examples of the salt include sodium perchlorate, sodium iodide, sodium tetrafluoroborate, sodium hexafluorophosphate, sodium trifluoromethanesulfonate, sodium bromide, etc .; (iii) potassium The potassium iodide, potassium tetrafluoride borate, potassium hexafluoride phosphate, potassium salts such as potassium trifluoromethanesulfonate acid.
[0051]
The quaternary ammonium salts include tetramethylammonium / tetrafluoroborate, tetraethylammonium / tetrafluoroborate, tetrapropylammonium / tetrafluoroborate, tetrabutylammonium / tetrafluoroborate, methyl Triethylammonium / 4-fluoroborate, tetraethylammonium / 6-fluorophosphate, tetraethylammonium / perchlorate, or the like, or pyridine ring, pyrrolidine ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, pyrimidine ring, 1,5 -Quaternary ammonium salts having a cyclic or bicyclic structure such as diazabicyclo [4,3,0] nonene-5 (DBN) and 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 (DBU) can give.
[0052]
Examples of amidinium salts include 1-ethyl-3-methylimidazolium / 4-fluoroborate, 1,3-dimethylimidazolium / 6-fluorophosphate, 1,3-dimethyl-1,4,5,6. -Tetrahydropyrimidinium / perchlorate and the like.
[0053]
Examples of alkaline earth metal salts include magnesium salts and calcium salts. For example, (i) Mg (ClO Four ) 2 , Mg (BF Four ) 2 (Ii) Ca (ClO) Four ) 2 , Ca (BF Four ) 2 And calcium salts.
[0054]
Among these electrolytes, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium bistrifluoromethanesulfonylimide and lithium tristrifluoromethanesulfonylmethide exhibit particularly high ionic conductivity and excellent thermal stability. Therefore, it is preferable.
[0055]
Examples of the non-aqueous solvent (B2) include carbonate solvents (propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate), amide solvents (N-methylformamide, N-ethylformamide, N, N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N-methylpyrrolidinone), lactone solvent (γ-butyllactone, γ-valerolactone, 5-valerolactone, 3-methyl-1,3oxazolidine-2-one, etc.) , Alcohol solvent (ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, 1,2 butanediol, 1,3 butanediol, 1,4 butanediol, diglycerin, polyoxyalkylene glycol cyclohexanediol , Xylene glycol, etc.), ether solvent (methylal, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, alkoxypolyalkylene ether, etc.), nitrile solvent (benzonitrile, acetonitrile) , 3-methoxypropionitrile, etc.), phosphoric acids and phosphoric ester solvents (regular phosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, trimethyl phosphate, etc.), 2-imidazolidinones (1,3-dimethyl- 2-imidazolidinone, etc.), pyrrolidones, sulfolane solvents (sulfolane, tetramethylene sulfolane), furan solvents (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,5-dimethoxytetrahydrofuran), dioxolane, dioxane, dichloroethane alone or in combination of these two Less than The solvent mixture can be used. Of these, preferred are carbonate solvents, ether solvents, and furan solvents.
[0056]
The concentration of (B1) in (B) is preferably in the range of 0.25 to 3 mol / liter, particularly preferably 0.5 to 2.5 mol / liter, from the viewpoint of ionic conductivity. .
[0057]
As a method for producing a gel polymer electrolyte, (i) in the absence of (B), (a), (b), (c) and, if necessary, (d) are polymerized and then impregnated with (B) And (ii) a method of polymerizing (a), (b), (c) and, if necessary, (d) in the presence of (B).
[0058]
In (i), (a), (b), (c) and, if necessary, (d) synthesized by a known method are polymerized in the presence of a solvent, and the solvent used is vacuumed if necessary. (A1) is obtained by removing by drying. Next, (A1) is impregnated with (B).
The impregnation of (B) into (A1) is usually performed by immersing (A1) in (B) for 1 to 24 hours in a temperature range of 20 to 80 ° C.
[0059]
The method for polymerizing (A1) in both (i) and (ii) is as described above.
The ratio of (A) and (B) to be used is preferably (A) / (B) = 1/99 to 70/30% by weight. From the viewpoint of mechanical strength, (A) is preferably 1% by weight or more, and preferably 70% by weight or less from the viewpoint of ionic conductivity.
[0060]
Since the gel polymer electrolyte of the present invention exhibits high ionic conductivity, it is suitable as an electrolytic element for an electrolytic capacitor, an electric double layer capacitor, a battery, or an electrochemical device.
[0061]
The gel polymer electrolyte of the present invention uses (a), (b), (c) by using a polyol compound (a) having at least two hydroxyl groups and at least one ethylenically unsaturated bond at the same time. ) And, if necessary, the polyurethane compound comprising (d) has an unsaturated double bond in the branch portion of the molecular chain, and the crosslinking density of the polymer (A1) can be increased. For this reason, it has higher mechanical strength than conventional ones, and can be used with a reduced thickness especially when used in a secondary battery.
[0062]
The secondary battery of the present invention uses a gel polymer electrolyte having the above composition together with a positive electrode and a negative electrode. Generally, a battery is composed of a positive electrode made of a positive electrode active material, a negative electrode made of a negative electrode active material, a diaphragm, and an electrolyte. When the gel polymer electrolyte of the present invention is applied to a battery, the gel polymer electrolyte of the present invention itself can also function as a diaphragm. In addition, when a partition is used, it is easy to integrate the diaphragm with the gel polymer electrolyte of the present invention. The gel polymer electrolyte is directly formed in the battery container having the diaphragm, or the gel is formed in the diaphragm. It can be achieved by impregnating the composition for forming a polymer electrolyte and conducting a polymerization reaction. As the partition walls, those having low resistance to ion migration of the electrolyte solution and excellent in solution retention are used, for example, polyester, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl acetate. Non-woven fabrics or woven fabrics selected from one or more materials such as saponified products of the copolymer are exemplified. These are unnecessary when the gel polymer electrolyte of the present invention itself has a function as a separator.
[0063]
The positive electrode of the battery using the polymer electrolyte of the present invention has (I) LiCoO as its active material. 2 , LiNiO 2 , Li x Ni y Co 1-y O 2 (Wherein x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0 <x <1, 0.7 <y <1.02), LiMnO 2 , LiMn 2 O Four A composite oxide of lithium and one or more transition metals such as (II) MnO 2 , V 2 O Five Transition metal oxides such as: (III) MoS 2 TiS 2 Transition metal sulfides such as (IV) conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polyacene, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene, and polycarbazole; A compound that polymerizes can be used. Among these, a composite oxide of lithium and a transition metal is preferable in terms of improving battery capacity and excellent energy density.
[0064]
In forming a positive electrode using such a positive electrode active material, a known conductive agent or binder can be added and used in combination.
[0065]
The negative electrode of a battery using the polymer electrolyte of the present invention uses light metal or light metal ions as its active material. Examples of such light metals include lithium, sodium, potassium, cesium, and aluminum. Similarly, examples of light metal ions include lithium ions, sodium ions, potassium ions, cesium ions, and aluminum ions. Among these, lithium and lithium ions are particularly preferable from the viewpoint of battery output and energy density.
[0066]
The negative electrode is made of the negative electrode active material itself or a material that can occlude and release the active material. As a constituent material of such a negative electrode, (I) a light metal itself; (II) a compound itself having light metal ions; (III) an alloy itself containing these light metals may be used, or (IV) A light metal or a material capable of inserting and extracting ions thereof may be used.
[0067]
Among the constituent materials of such a negative electrode, for example, (IV) as a material capable of occluding and releasing lithium or its ions, for example, (1) graphites, organic polymer compound fired bodies (phenol resin, furan resin, etc.) Carbonaceous materials such as those calcined and carbonized at an appropriate temperature), cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), carbon fibers, glassy carbons, pyrolytic carbons, activated carbon, etc .; (2) lithium Polymers such as polyacetylene and polypyrrole which show conductivity by occluding ions can be used. Moreover, as a light metal alloy of (III), a lithium-aluminum alloy etc. can be used, for example.
[0068]
Among these (I) to (IV), it is preferable to use the carbonaceous material (1) of (IV) as a constituent material of the negative electrode from the viewpoint of improving charge / discharge characteristics and self-discharge characteristics. In forming the negative electrode from such a material, a known fixing agent or the like can be added.
[0069]
The shape, form and the like of the battery using the gel polymer electrolyte of the present invention are not particularly limited, and can be arbitrarily selected within the scope of the present invention, such as a coin, a sheet, and a cylinder.
[0070]
The lithium secondary battery of the present invention uses a gel polymer electrolyte having the above composition together with a positive electrode and a negative electrode. A composite oxide of lithium and a transition metal is used for the positive electrode of the battery. Lithium and lithium ions are used as the active material of the negative electrode, and lithium or a material capable of inserting and extracting lithium is used as the constituent material.
[0071]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these. In the following, parts and% indicate parts by weight and% by weight, respectively. In addition, the nonaqueous solvent and the electrolyte salt were sufficiently purified, and those having a water content of 20 ppm or less and further deoxygenated and denitrogenated were used, and all experimental operations were performed in an argon gas atmosphere. . The ionic conductivity of the gel polymer electrolyte was measured and the strength of the polymer electrolyte was evaluated according to the following method.
[0072]
<Measurement of ion conductivity> An alternating current impedance in which an electrochemical cell is formed by sandwiching a gel polymer electrolyte between stainless steel cylindrical electrodes at 25 ° C., and an alternating current is applied between the electrodes to measure a resistance component. Calculated from the real impedance intercept of the Cole-Cole plot.
[0073]
<Evaluation of compressive breaking strength> Measure the compressive breaking strength of the polymer electrolyte using a creep meter (Yamaden Co., Ltd. RE-3305, plunger diameter 3 mm, sample stage moving speed 0.05 mm / min). It was evaluated by.
[0074]
Example 1
LiBF in a non-aqueous solvent in which propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane were mixed at a volume ratio of 7: 3 Four Was dissolved in 800.00 parts of electrolyte solution to 3 mol / L, sorbitol diacrylate; 0.66 parts, polyethylene glycol (number average molecular weight 2000); 90.71 parts, HDI; 8.38 parts and dibutyltin 0.10 parts and ethoxydiethylene glycol acrylate; 99.75 parts, benzoin isopropyl ether as a photo radical initiator; 0.40 parts uniformly dissolved, and a gel polymer electrolyte forming composition (C-1) Obtained. After putting the composition for gel-like polymer electrolyte formation (C-1) between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and heating it at 80 ° C. for 3 hours for urethanization reaction The photopolymerization was performed by applying light for 30 minutes with a high-pressure halogen lamp. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 3.5 × 10 -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.5 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0075]
Example 2
800.00 parts of the electrolytic solution used in Example 1 were mixed with sorbitol diacrylate; 0.17 parts, and polyethylene glycol used in Example 1; 45.65 parts, HDI; 4.03 parts and dibutyltin laurate; 0.05 parts and ethoxydiethylene glycol acrylate; 143.53 parts, trimethylolpropane triacrylate; 5.98 parts, benzoyl peroxide as a thermal polymerization initiator; 0.60 parts are uniformly dissolved to form a gel polymer electrolyte A composition (C-2) was obtained. A gel polymer electrolyte forming composition (C-2) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and polymerized by heating at 80 ° C. for 12 hours. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 3.3 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.4 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0076]
Example 3
LiPF in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 5: 5 6 Electrolyte dissolved in 1 mol / L; 800.00 parts, sorbitol diacrylate; 2.45 parts and EO (50%) / PO (50%) adduct of glycerin (Sanyo Chemical Industries, Ltd.) New Paul GEP-2800, number average molecular weight 2600); 175.67 parts, HDI; 21.28 parts and dibutyltin laurate; 0.2 parts are uniformly dissolved to form a gel polymer electrolyte composition ( C-3) was obtained. After putting the composition for gel polymer electrolyte formation (C-3) between two glass plates sandwiching a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and heating it at 80 ° C. for 1 hour for urethanization reaction The photopolymerization was performed by applying light for 30 minutes with a high-pressure halogen lamp. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 4.1 × 10. -3 S / cm, and the compression breaking strength was measured to find 2.8 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0077]
Example 4
Electrolyte used in Example 3; 800.00 parts, sorbitol diacrylate; 4.51 parts and New Paul GEP-2800 used in Example 3, 161.87 parts, HDI; 25.15 parts and dibutyltin Laurate; 0.19 parts and diethylene glycol monoacrylate; 8.07 parts, benzoin isopropyl ether; 0.20 parts were uniformly dissolved to obtain a gel-like polymer electrolyte forming composition (C-4). A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-4) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by applying light for 10 minutes with a high-pressure halogen lamp. Then, it was heated at 80 ° C. for 6 hours to obtain a gel polymer electrolyte. The ionic conductivity of this product is 5.4 × 10 -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.7 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0078]
Example 5
Methoxytriethylene glycol acrylate; 494.70 parts, sorbitol diacrylate; 20.60 parts and polyethylene glycol (PEG-600 number average molecular weight 600); 340.98 parts, HDI; 143.21 parts and dibutyltin laurate; 0.50 part was dissolved, charged into a reaction vessel, and urethanized at 80 ° C. with stirring while blowing dry air. Three hours later, the disappearance of isocyanate was confirmed by the results of IR measurement, and the reaction was terminated. Thus, a mixture (D-1) of a polyurethane compound and methoxytriethylene glycol acrylate was obtained. The resulting mixture (D-1) was a high viscosity liquid. In the electrolyte solution used in Example 3, 800.00 parts, (D-1); 197.61 parts and trimethylolpropane triacrylate; 2.00 parts, benzoin isopropyl ether; 0.40 parts were uniformly dissolved. A composition for forming a gel polymer electrolyte (C-5) was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-5) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by applying light for 30 minutes with a high-pressure halogen lamp. . When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 5.5 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.6 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0079]
Example 6
10.67 parts of sorbitol diacrylate; polyethylene glycol used in Example 1; 883.22 parts; HDI; 105.10 parts and dibutyltin laurate; 1.0 part were charged into a reaction vessel and stirred at 80 ° C. The urethanization reaction was performed. Three hours later, the disappearance of isocyanate was confirmed by the results of IR measurement, and the reaction was terminated to obtain a polyurethane compound (A1-6). Electrolytic solution used in Example 1; 800.00 parts (A1-6); 99.85 parts, methoxytriethylene glycol acrylate; 95.76 parts, trimethylolpropane triacrylate; 3.99 parts, benzoin isopropyl ether 0.40 part was melt | dissolved and the composition (C-6) for gel-like polymer electrolyte formation was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-6) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by irradiating with a high-pressure halogen lamp for 30 minutes. . When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 3.1 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.8 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0080]
Example 7
Methyl ethyl ketone; 800.00 parts pentaerythritol diacrylate; 0.51 parts and Newpol GEP-2800 used in Example 3; 43.37 parts, HDI; 5.96 parts, dibutyltin laurate; 0.05 parts , Ethoxydiethylene glycol acrylate; 148.02 parts, trimethylolpropane triacrylate; 1.50 parts and benzoin isopropyl ether; 0.60 parts were dissolved to obtain a gel-like polymer electrolyte forming composition (C-7). . A composition (C-7) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, photopolymerized by irradiating with a high-pressure halogen lamp for 30 minutes, and then at 80 ° C. for 6 hours. Heated to cause urethanization reaction. The obtained sheet-like polymer was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 12 hours to remove methyl ethyl ketone used for polymerization, and immersed in the electrolytic solution used in Example 1 for 24 hours at room temperature. Impregnated. Excess electrolyte solution was removed by adsorbing with filter paper to obtain a gel polymer electrolyte. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 2.7 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.8 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0081]
Example 8
Methyl ethyl ketone; 800.00 parts pentaerythritol diacrylate; 0.54 parts polyethylene glycol used in Example 1; 44.11 parts, HDI; 5.19 parts, dibutyltin laurate; 0.05 parts, ethoxydiethylene glycol acrylate 143.53 parts, 5.98 parts of trimethylolpropane triacrylate and 0.60 parts of benzoin isopropyl ether were dissolved to obtain a composition for forming a gel polymer electrolyte (C-8). A composition (C-8) is placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, heated at 80 ° C. for 1 hour, urethanated, and then subjected to a high-pressure halogen lamp for 30 minutes. Photopolymerization was performed by applying light. The obtained sheet-like polymer was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 12 hours to remove methyl ethyl ketone used for polymerization, and immersed in the electrolytic solution used in Example 3 for 24 hours at room temperature. Impregnated. Excess electrolyte solution was removed by adsorbing with filter paper to obtain a gel polymer electrolyte. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 5.2 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.8 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength. .
[0082]
Example 9
Methyl ethyl ketone; 800.00 parts sorbitol diacrylate; 0.14 parts and Newpol GEP-2800 used in Example 3; 53.41 parts, HDI; 6.02 parts, dibutyltin laurate 0.06 parts, diethylene glycol Acrylate; 0.25 parts, ethoxydiethylene glycol acrylate; 136.78 parts, trimethylolpropane triacrylate; 2.79 parts, 0.56 parts of benzoyl peroxide are uniformly dissolved to form a gel polymer electrolyte composition (C -9) was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-9) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and polymerized by heating at 80 ° C. for 12 hours. The obtained sheet-like polymer was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 12 hours to remove methyl ethyl ketone used for polymerization, and immersed in the electrolytic solution used in Example 1 for 24 hours at room temperature. Impregnated. Excess electrolyte solution was removed by adsorbing with filter paper to obtain a gel polymer electrolyte. When the ionic conductivity of the gel polymer electrolyte was measured, 3.1 × 10 -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.4 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0083]
Example 10
800.00 parts of the electrolytic solution used in Example 3 were mixed with sorbitol diacrylate; 4.22 parts and New Paul GEP-2800 used in Example 3; 151.21 parts, hydrogenated MDI; 36.65 parts and dibutyl. Tin laurate; 0.19 parts and diethylene glycol monoacrylate; 7.54 parts, benzoin isopropyl ether; 0.20 parts were uniformly dissolved to obtain a gel polymer electrolyte forming composition (C-10). A gel polymer electrolyte forming composition (C-10) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and the temperature was adjusted to 80 ° C. while applying light with a high-pressure halogen lamp. . Light irradiation was completed for 30 minutes and heating was completed in 3 hours to obtain a gel polymer electrolyte. The ionic conductivity of this product is 4.3 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.4 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0084]
Example 11
Methyl ethyl ketone; 800.00 parts pentaerythritol diacrylate; 0.48 parts and Newpol GEP-2800 used in Example 3; 40.66 parts, hydrogenated MDI; 8.71 parts, dibutyltin laurate; 05 parts, ethoxydiethylene glycol acrylate; 148.02 parts, trimethylolpropane triacrylate; 1.50 parts and benzoin isopropyl ether; 0.60 parts are dissolved, and a gel polymer electrolyte forming composition (C-11) is dissolved. Obtained. A composition (C-11) was placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, photopolymerized by irradiating with a high-pressure halogen lamp for 30 minutes, and then 80 ° C. × 6 hours. Heated to cause urethanization reaction. The obtained sheet-like polymer was dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 12 hours to remove methyl ethyl ketone used for polymerization, and immersed in the electrolytic solution used in Example 1 for 24 hours at room temperature. Impregnated. Excess electrolyte solution was removed by adsorbing with filter paper to obtain a gel polymer electrolyte. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 2.7 × 10. -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.7 × 10 7 dyn / cm 2 And showed a sufficient solid strength.
[0085]
Comparative Example 1
Electrolyte solution used in Example 1; In 800.00 parts, 195.22 parts of methoxytriethylene glycol acrylate, 3.98 parts of trimethylolpropane triacrylate, and 0.80 parts of benzoin isopropyl ether were uniformly dissolved, A composition for forming a molecular electrolyte (C-1 ′) was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-1 ′) is placed between two glass plates sandwiched by a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by irradiating with a high-pressure halogen lamp for 10 minutes. It was. The ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured and found to be 1.1 × 10. -3 S / cm, and the compressive breaking strength was measured to be 3.0 × 10 6 dyn / cm 2 It was easy to tear.
[0086]
Comparative Example 2
2-hydroxyethyl acrylate; 3.91 parts and the polyethylene glycol used in Example 1; 33.75 parts, HDI; 5.67 parts and dibutyltin laurate; Urethane reaction was performed at 80 ° C. Three hours later, the disappearance of isocyanate was confirmed by the results of IR measurement, and the reaction was terminated to obtain a polyurethane compound (A1-2 ′). The obtained polyurethane compound (A1-2 ′) was a high-viscosity liquid. Electrolyte used in Example 3; 800.00 parts of (A1-2 ′); 43.38 parts and ethoxydiethylene glycol acrylate; 156.00 parts, benzoin isopropyl ether; A composition for forming a polymer electrolyte (C-2 ′) was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-2 ′) is placed between two glass plates sandwiched by a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by irradiating with a high-pressure halogen lamp for 10 minutes. It was. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 3.5 × 10 -3 S / cm, and the compressive breaking strength was measured to be 9.8 × 10 6 dyn / cm 2 Thus, sufficient solid strength could not be obtained.
[0087]
Comparative Example 3
Pentaerythritol triacrylate; 8.81 parts and the polyethylene glycol used in Example 1; 29.56 parts, HDI; 4.97 parts and dibutyltin laurate; The urethanization reaction was carried out at ° C. Three hours later, disappearance of isocyanate was confirmed by the results of IR measurement, and the reaction was terminated to obtain a polyurethane compound (A1-3 ′). The obtained polyurethane compound (A1-3 ′) was a high-viscosity liquid. Electrolyte used in Example 1; 800 parts, (A1-3 ′); 43.38 parts and ethoxydiethylene glycol acrylate; 156.00 parts, benzoin isopropyl ether; A composition for forming a molecular electrolyte (C-3 ′) was obtained. A gel-like polymer electrolyte forming composition (C-3 ′) is placed between two glass plates sandwiched with a 1 mm thick silicone rubber sheet as a spacer, and photopolymerized by applying light for 10 minutes with a high-pressure halogen lamp. It was. When the ionic conductivity of the obtained gel polymer electrolyte was measured, it was 1.5 × 10 -3 S / cm, and the compression fracture strength was measured to be 1.0 × 10 7 dyn / cm 2 Thus, sufficient solid strength could not be obtained.
[0088]
【The invention's effect】
The gel polymer electrolyte of the present invention has higher ionic conductivity and mechanical strength than conventional ones, and when used in electrochemical elements or electrochemical devices such as electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, batteries, etc. Thinning, stacking, simplification and weight reduction of packages are possible.
Therefore, when used as an electrolyte for a secondary battery, the secondary battery is thinned, particularly when used for a gel electrolyte of a lithium secondary battery, despite its small size, high voltage, large electric capacity, A thin lithium battery that has flat discharge characteristics and good low-temperature characteristics and can be used in a wide temperature range becomes possible.
Due to the above effects, the gel polymer electrolyte of the present invention is suitable as an electrolytic capacitor, an electric double layer capacitor, an electrochemical element such as a battery, or an electrolyte for an electrochemical device, particularly a secondary battery material. And is suitably used as a gel polymer electrolyte of a lithium secondary battery.

Claims (9)

マトリックスポリマー(A)と非水電解液(B)からなるゲル状高分子電解質において、(A)が、下記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和結合含有ポリオール(a)、他のポリオール(b)、有機ポリイソシアネート(c)、及び必要により他のエチレン性不飽和結合を有するモノマー(d)を重合してなる重合体(A1)を含有することを特徴とするゲル状高分子電解質。
(HO)m1(OX)r-m (1)
[式中、R1はr価のポリオールの残基、Xはエチレン性不飽和結合を有する有機基、rは3〜10の整数、mは2〜9の整数、r−mは1〜8の整数である。]
In the gel polymer electrolyte comprising the matrix polymer (A) and the non-aqueous electrolyte (B), (A) is an ethylenically unsaturated bond-containing polyol (a) represented by the following general formula (1), other Gel-like polymer comprising a polymer (A1) obtained by polymerizing a polyol (b), an organic polyisocyanate (c), and, if necessary, another monomer (d) having an ethylenically unsaturated bond Electrolytes.
(HO) m R 1 (OX) rm (1)
[Wherein, R 1 is a residue of an r-valent polyol, X is an organic group having an ethylenically unsaturated bond, r is an integer of 3 to 10, m is an integer of 2 to 9, and rm is 1 to 8] Is an integer. ]
一般式(1)において、Xが(メタ)アクリロイル基である請求項1記載の電解質。The electrolyte according to claim 1, wherein, in the general formula (1), X is a (meth) acryloyl group. (c)が脂肪族ポリイソシアネート及び/又は脂環式ポリイソシアネートである請求項1又は2記載の電解質。The electrolyte according to claim 1 or 2, wherein (c) is an aliphatic polyisocyanate and / or an alicyclic polyisocyanate. (d)が下記一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステル(d1)である請求項1〜3いずれか記載の電解質。
{CH2=C(R2)COO(R30)y−}z4 (2)
[式中、R2は水素またはメチル基、R3は−(CH22−、−CH(CH3)CH2−、および−CH2CH(CH3)−の群から選ばれる少なくとも1種を表し、yは0または1〜40の整数、zは1〜8の整数を表す。R4は分子量90以上500未満のz価のモノオール又はポリオールから全てのOH基を除いた残基。]
The electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein (d) is a (meth) acrylic acid ester (d1) represented by the following general formula (2).
{CH 2 = C (R 2 ) COO (R 30 ) y −} z R 4 (2)
[Wherein R 2 is hydrogen or a methyl group, R 3 is at least one selected from the group of — (CH 2 ) 2 —, —CH (CH 3 ) CH 2 —, and —CH 2 CH (CH 3 ) —. Represents a seed, y represents 0 or an integer of 1 to 40, and z represents an integer of 1 to 8. R 4 is a residue obtained by removing all OH groups from a z-valent monool or polyol having a molecular weight of 90 or more and less than 500. ]
(B)の非存在下で(A)を重合した後、(B)を(A)に含浸させてなる請求項1〜4いずれか記載の電解質。The electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein (A) is polymerized in the absence of (B) and then (B) is impregnated in (A). (B)の存在下で(A)を重合させてなる請求項1〜4いずれか記載の電解質。The electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein (A) is polymerized in the presence of (B). 請求項1〜6記載の電解質を用いてなる電気化学素子または電気化学デバイス。The electrochemical element or electrochemical device formed using the electrolyte of Claims 1-6. 正極、負極および請求項1〜6のいずれか記載の電解質から構成される二次電池。The secondary battery comprised from a positive electrode, a negative electrode, and the electrolyte in any one of Claims 1-6. リチウム二次電池である請求項8記載の二次電池。The secondary battery according to claim 8, which is a lithium secondary battery.
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